偃麦草属植物对小麦的遗传改良研究进展

小麦近缘植物偃麦草属中有许多小麦缺乏的优良基因,如抗病、抗旱、耐盐、耐寒、耐高温及优质、高产等基因,通过远缘杂交将其优良基因导入小麦基因组中,对小麦遗传改良具有重要意义。国内外已将偃麦草的抗病、抗逆等多种基因导入小麦中,并获得了一定的研究成果,但对偃麦草属的其他农艺性状如优质、高产等报道较少。围绕偃麦草生物学分类、农艺特性、染色体组成及其在小麦遗传改良中的应用研究进展进行阐述,以期对小麦遗传育种实践中高效利用偃麦草种质资源有所启发。     

抗条锈小麦-非洲黑麦渐渗系的分子细胞学鉴定

非洲黑麦(Secale africanumStapf)具有矮杆、异花授粉、抗多种小麦病害等优异性状,在小麦可持续性抗病遗传育种中具有重要作用。利用分子细胞生物学的方法对小麦与非洲黑麦育成的渐渗系材料进行鉴定,发现了抗条锈病的新的代换系和易位系材料,为进一步在小麦染色体工程育种中开展非洲黑麦基因资源的利用提供很好的遗传材料。     

小黑麦在小麦遗传改良中的应用

本文总结概述了小黑麦的来源和分类、小黑麦的特性、黑麦中的有益基因及小黑麦在小麦遗传改良中的应用现状,以期为小黑麦在小麦遗传改良中的应用提供理论指导.     

小麦基因定位研究进展

普通小麦为六倍体小麦,有三种染色体组分别以A、B、D表示.小麦单倍体21条染色体在根尖有丝分裂中期总长度为100.55μm,可能含有90000个基因[1].确定基因在某一染色体上的位置叫基因定位.基因定位是生物遗传研究的重要工作之一,是生物现代育种,特别是利用基因工程技术定向改良生物的基础.随着现代生物技术的发展,小麦的染色体基因定位由经典的遗传学原理向更为精确的分子遗传学方向延伸,最终将解析小麦的遗传组成,为更好地利用小麦基因资源服务.     

黑麦CenH3基因克隆及其在小麦1BL/1RS易位染色体中的定位

黑麦属蕴藏着丰富的遗传变异和改良小麦品质的优良基因,将其导入小麦能够拓宽小麦的遗传基础、丰富小麦的遗传变异。研究采用分子克隆技术获得黑麦CenH3基因的部分片段,并进行探针标记;同时,利用基因组原位杂交技术,筛选出32份1BL/1RS易位系;应用FISH技术,检测筛选出的32份1BL/1RS易位系,所有1BL/1RS易位系材料中均未发现黑麦CenH3基因的信号。但是,应用小麦和黑麦特异着丝粒DNA序列进行FISH检测,2个信号均出现在所有被检测的1BL/1RS易位系材料中。说明1BL/1RS易位染色体在不同小麦背景和山羊草属背景中均能稳定遗传,1RS的着丝粒DNA序列对1BS的着丝粒DNA序列有很好的补偿性,与小麦CenH3蛋白相互作用指导易位染色体正确分离且稳定遗传。     

燕麦在小麦遗传育种中的应用研究进展

该文综述了燕麦有益基因导入普通小麦的方式,燕麦与普通小麦,小麦近缘属、种的杂交研究及其在普通小麦遗传育种应用中取得的主要成果,并介绍了小麦遗传背景下燕麦基因的主要鉴定方法,展望了燕麦在小麦遗传育种中的应用发展前景。     

小麦抗病相关基因聚合育种的研究进展

育种是通过创造遗传变异、改良遗传特性以培育优良植物新品种的技术,将基因聚合分子育种与常规育种技术相结合已成为今后作物育种家研究的新方向。基因聚合分子育种主要包括2个方面,即遗传转化基因聚合分子育种和分子标记筛选基因聚合分子育种。近年来,随着现代分子育种技术的不断发展、小麦抗病基因的不断发掘,小麦抗病分子育种工作取得了重大进展。就小麦白粉病、锈病、赤霉病的抗性基因聚合育种的研究情况进行了综述,并对目前小麦抗病育种的前景进行了展望。     

黑麦Imperial与KingⅡ中白粉病抗性基因的染色体定位

[目的]将黑麦Imperial及KingⅡ所带的白粉病抗性基因定位在染色体上,为其在小麦育种中的应用奠定基础。[方法]以2套小麦-黑麦附加系(中国春×Imperial和Holdfast×KingⅡ)为研究材料,研究黑麦Imperial及KingⅡ中白粉病抗性基因的染色体位置。[结果]中国春×Imperial的附加系6R和Holdfast×KingⅡ的附加系3R和6R对白粉病具有免疫力。这说明黑麦Imperial的白粉病抗性基因位于6R染色体上,而黑麦KingⅡ中白粉病抗性基因位于3R和6R染色体上。黑麦KingⅡ的3R染色体上的白粉病抗性基因可能是新基因,为小麦育种提供了新的白粉病抗原。这说明3R和6R染色体上的白粉病抗性基因可在小麦中表达。[结论]该研究为将黑麦白粉病抗性基因导入小麦提供了依据。     

基因枪介导的转基因小麦的获得与鉴定

运用基因工程技术将外源抗病基因直接导入具有优良农艺性状的小麦品种中,能够获得抗赤霉病小麦新品种。采用基因枪介导的共转化法,以bar基因为筛选标记,将几丁质酶基因导入长江中下游小麦栽培品种郑麦9023,T0代经过PCR鉴定,获得6株阳性植株,表明几丁质酶基因已整合到小麦基因组中。     

六倍体小黑麦染色体的荧光原位杂交分析

采用基因组原位杂交(GISH)和荧光原位杂交(FISH)技术对六倍体小黑麦进行了研究,以鉴定其含有的黑麦染色体的数目和结构特点,了解小黑麦基因组组成,为其在小麦遗传育种中的应用提供参考.分别以黑麦基因组DNA及pSc200和pSc250探针进行顺序GISH-FISH分析,结果显示该小黑麦含有21对染色体,来源于黑麦的2对染色体的长臂端部出现pSc200和pSc250信号,而另外5对染色体的两端部都有该信号.以Oligo-pSc119.2-1,pSc200和pSc250探针对小黑麦进行了双色FISH分析,发现小黑麦的Oligo-pSc119.2-1信号与黑麦基本相似,而pSc200和pSc250信号与黑麦的差异较大.以黑麦基因组DNA及Oligo-pAs1-1和Oligo-pSc119.2-1为探针对小黑麦进行顺序GISH-FISH分析,鉴定其基因组组成为AABBRR;同时发现小黑麦染色体的一些FISH信号发生了变化,其原因可能是小黑麦形成过程中染色体结构发生了改变,从而导致小黑麦的DNA重复序列呈现多态性.     

小麦磷转运蛋白基因TaPT4的克隆和表达分析

在富集低磷响应基因的小麦根系cDNA差减杂交文库中,测序后获得1个与大麦磷转运蛋白基因HvPT4高度同源的表达序列标签TaPT4-EST。经BLAST分析获得该EST对应的全长cDNA,将其命名为TaPT4。TaPT4的cDNA全长为1 927bp,编码537个氨基酸残基,编码蛋白含有12个跨膜保守域。系统进化分析表明,TaPT4除与HvPT4具有较高的相似性外,还与呈高亲和特征的黑麦磷转运蛋白基因PT和小麦磷转运蛋白基因PT1高度同源。TaPT4在叶中的表达为组成型,在根中的表达受到低磷诱导;此外,无论在低磷处理还是正常供磷条件下,TaPT4在根中的表达均表现明显的昼夜节律特征,表现为随照光时间延长而表达增高,进入暗期后表达减弱。上述结果表明TaPT4可能是归属于高亲和特征的小麦磷转运蛋白,在增强小麦在低磷逆境下的磷素吸收中发挥着重要作用。     

基于EST的普通小麦近缘物种第二部分同源群染色体特异分子标记

小麦近缘属物种中具有许多优良性状,为小麦遗传改良提供非常重要的基因资源.根据定位在普通小麦2B染色体长臂上的EST(expressed sequence tag,EST)序列开发了55个标记,在普通小麦品种中国春、二倍体山羊草(Aegilops longissima,genome S1S1;Aegilops geniculata,genome M8M8)、四倍体山羊草(Aegilops peregrina,genome SpSpUpUp)、黑麦(Secale cereal'BLANCO',genome RR)、大麦(Hordeum yulgare,'BETZES',genome HH)及这些物种在中国春背景下的二体异附加系中进行PCR扩增.结果表明:19个标记(占34.5%)至少能够在1个近缘种中有特异性扩增,筛选出2R、2H、2S1、2Mg、2Sp和2Up染色体的特异标记分别为11、8、5、2、8和3个.这些基于EST序列开发的特异分子标记可以有效地检测和追踪导入小麦背景中的外源第二部分同源群染色体(片段).     

几种小麦族亲缘植物麦谷蛋白和醇溶蛋白研究

利用聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)技术,对近年收集到的几种小麦亲缘植物的麦谷蛋白和醇溶蛋白进行了研究。麦谷蛋白的SDS-PAGE电泳结果表明:在高分子量区,2种披碱草、旱麦草、华山新麦草、大赖草、簇毛麦、节节麦、黑麦都有HMW-GS条带存在;拟鹅观草、纤毛鹅观草、无芒雀麦、二棱大麦和燕麦没有HMW-GS条带。在低分子量区,除无芒雀麦、纤毛鹅观草和黑麦没有LMW-GS条带以外,其它亲缘植物都有1~7条LMW-GS条带;醇溶蛋白的A-PAGE电泳结果表明:20份材料共分离出28条醇溶蛋白带纹,其醇溶蛋白多态性达100%,表明所分析的材料间具有丰富的醇溶蛋白遗传多样性。对20份材料的遗传距离进行聚类分析,其遗传距离在0.27~0.72之间,在遗传距离为0.61时,所有材料被聚为6类,其中普通小麦品种中国春、纤毛鹅观草和黑麦分别单独成类,纤毛鹅观草和黑麦与其它小麦及其亲缘植物具有较远的亲缘关系,无芒雀麦与簇毛麦之间、拟鹅观草和披碱草之间、旱麦草与大麦之间具有相对较近的亲缘关系。     

利用多种外源基因选育小麦抗病新种质和新品种

应用染色体工程结合系谱选择,以普通小麦单、缺体为工具材料,将中间偃麦草(Thinopyrumintermedium)、黑麦(Secalecereale)、野生二粒小麦(Triticumdicoccoides)、簇毛麦(Haynaldiavillosa)和小伞山羊草(Aegilopsumbellulata)的抗条锈病或抗白粉病基因导入普通小麦,创制出抗条锈病或抗白粉病种质N9207,N9209,N9134,N9628-1,N9628-2和N9659,并育成含有外源抗条锈病基因的小麦品种陕麦8003,陕麦8007,陕麦150和远丰175。利用创制的抗性种质与农艺亲本多方式组配杂交,将优异基因进行累加、聚合,选育出抗、耐多种小麦病害,高产、优质和广适的面条小麦新品系陕麦139。     

小麦属与黑麦属的可杂交性研究

以一粒小麦、拟斯卑尔脱小麦、节节麦、圆锥小麦、圆柱小麦(DDAA)和普通小麦作母本,研究了它们与栽培黑麦、山地黑麦、非洲黑麦、瓦维洛夫黑麦和森林黑麦的可杂交性。揭示了普通小麦、四倍体小麦及其各染色体组供体种与各黑麦种的可杂交性规律。就圆锥小麦与拟斯卑尔脱小麦在可杂交性上的一致表现,讨论了B组染色体的起源问题。     

新疆杂草黑麦居群形态学性状调查

为了解新疆杂草黑麦（Secale cereale esubsp,segetale）居群的形态学特征,为种质资源进一步研究利用提供依据,对采集自新疆的10个新疆杂草黑麦居群的株高、分蘖数、千粒重、单株小穗数、穗长、穗宽和穗下第1节长等性状进行了考察和分析。结果表明,新疆杂草黑麦居群形态变异丰富,根据形态学数据描述值划分利用DIST遗传距离进行聚类可将10份新疆杂草黑麦居群严格区分,并在遗传距离1.0处将参试材料分为3类,每类群中居群具有相应的形态学特点。研究还探讨了新疆杂草黑麦居群的进一步保护和利用。     

种子贮藏蛋白凝胶电泳在小麦外源染色体鉴定中的应用

利用小麦种子贮藏蛋白凝胶电泳技术,对簇毛麦(Haynaldiavillosa)、滨麦(Leymusmollis)、华山新麦草(Psathyrostachyshuashanica)、大麦(Hordeumdistichom)以及黑麦(Secalecereale)的高分子量谷蛋白亚基和醇溶蛋白进行了分析。结果表明,簇毛麦、滨麦、华山新麦草、大麦的高分子量谷蛋白亚基和醇溶蛋白与普通小麦相比均有各自的特征带;利用簇毛麦和大麦的高分子量谷蛋白亚基特征带鉴定出了普通小麦中与小麦第一同源群染色体有部分同源的V1和H5附加系;利用黑麦1RS醇溶蛋白标记位点Gld1B3鉴定了1BL/1RS易位系,同时利用染色体C-分带对1BL/1RS易位系77(2)进行了验证。并对小麦种子贮藏蛋白凝胶电泳技术在小麦品质育种和细胞质雄性不育选育中的应用进行了讨论。     

“J-11”和“中国春”与黑麦杂种胚胎发育的比较研究

对小麦商亲和品系"J-11"和"中国春"与黑麦远缘杂交的受精作用和胚胎发育进行了比较研究。黑麦花粉能在小麦柱头上萌发,花粉管可顺利长入花柱和胚囊。"J-11"已授粉的192个子房中,91．12％既形成胚又形成胚乳,2．08％只形成胚,1．04％只形成胚乳,总受精率为94．24％,成胚率为93．20％。而"中国春"授粉的192个子房中,相应的数据是80．21％、4．17％。2．60％、86．％％和84．38％。表明"J－11"比"中国春"与黑麦的可杂交性明显更高。     

kr基因在普通小麦—偃麦草双二倍体背景下的遗传表达分析

通过ＣＳ／Ｔｈ．ｅｌｏｎｇａｔｕｍ和ＣＳ／Ｔｈ．ｂｅｓａｒｂｉｃｕｍ两个双二倍体与黑麦和粘果山羊草的可杂交性，分析了中国春（ＣＳ）的隐性ｋｒ基因在普通小麦－偃麦草双二倍体下的遗传表达。结果表明，偃麦草种Ｔｈ．ｅｌｏｎｇａｔｕｍ和Ｔｈ．ｂｅｓａｒｂｉｃｕｍ中可能存在抑制ＣＳ隐性ｋｒ基因在普通小麦－偃麦草双二倍体中正常表达的遗传因子，其抑制效应因与普通小麦－偃麦草双二倍体杂交的父本不同而异。同时，Ｔｈ．ｅｌｏｎｇａｔｕｍ和Ｔｈ．ｂｅｓａｒｂｉｃｕｍ两个种中的抑制因子的抑制效应也存在差异。     

小麦不同杂交组合F_1主要农艺性状研究

以黑麦、硬粒小麦、小黑麦、普通小麦(中国春和豫麦18号)为材料,研究了不同杂交组合F1及其与亲本间株高、穗长、分蘖数、小穗数、穗粒数、千粒重、芒的形状等主要农艺性状的表现。结果表明:不同杂交组合F1间各个性状存在显著的差异,其中以中国春×黑麦的F1株高最高(152.0cm),分蘖数最多(49个);以小黑麦×豫麦18号的F1植株穗长最长(13.3cm)、小穗数和穗粒数最多(分别为34.4和76.4);以硬粒小麦×小黑麦的F1千粒重最高(43.3g)。3个组合均表现出较强的杂种优势,而硬粒小麦×小黑麦的F1各个性状表现为负向杂种优势,说明小麦不同杂交组合F1主要农艺性状表现的复杂性。