小麦-中间偃麦草蓝粒代换系的创制与鉴定

小麦的蓝粒性状可作为表型标记用于小麦育种和遗传学研究,来自中间偃麦草的蓝粒种质材料尚鲜见报道。本研究通过八倍体小偃麦中5 (2n=8x=56, AABBDDXX)与中国春缺-四体系列材料杂交,在中5×N4BT4A和中5×N7BT7D杂交组合后代中获得了两份蓝粒材料,编号分别为Zh5-a2-1和Zh5-c13-2。利用细胞遗传学和分子标记方法对这两份蓝粒材料进行了染色体组成分析。以中间偃麦草基因组DNA为探针的GISH分析显示,这两份蓝粒材料的染色体数均为2n=42,包括40条小麦染色体和两条中间偃麦草染色体。利用重复序列探针pSc119.2和pAs1进行的FISH分析表明,Zh5-a2-1和Zh5-c13-2均为二体代换系,被代换的一对小麦染色体分别为4B和4D。通过用St、E~e和E~b基因组DNA作探针进行GISH分析,证明这两份蓝粒代换系中的中间偃麦草染色体均为St组染色体,但与中5中的中间偃麦草染色体比较发现这对St组染色体的短臂端部发生了缺失。利用二倍体长穗偃麦草E~e基因组的SNP标记分析证明,两份蓝粒代换系中的中间偃麦草染色体与长穗偃麦草的4E~e染色体同源,即Zh5-a2-1和Zh5-c13-2分别为4St(4B)和4St(4D)代换系,命名为SubZh5-4St(4B)和SubZh5-4St(4D)。同时说明,中间偃麦草的4St染色体上带有蓝粒基因。通过对450个小麦SSR标记进行筛选,获得了4个可跟踪鉴定4St染色体的特异SSR标记。研究结果可用于蓝粒小麦品种的培育和中间偃麦草蓝粒基因的遗传学研究。     

一个小麦-中间偃麦草二体代换系的鉴定与分析

中间偃麦草在小麦改良中具有重要利用价值。本研究利用基因组原位杂交(GISH)、高分子量谷蛋白亚基电泳(SDS-PAGE)和分子标记技术对小麦-中间偃麦草衍生系中209进行鉴定。结果表明,中209的42条染色体中含有2条中间偃麦草染色体,是小麦-中间偃麦草二体代换系;分子标记检测发现,小麦7A染色体上的6个SSR引物Xcfa2028、Xwmc422、Xwmc65、Xbarc127、Xbarc174和Xgwm60在小麦亲本合作2号中均扩增出清晰的DNA条带,而在中间偃麦草和中209中均未扩增出任何条带,表明中209可能缺少了小麦7A染色体;小麦第7部分同源群的SSR标记Xwmc488和STS标记Xmag1715分别在中209中扩增出中间偃麦草的特异带,推断其含有的中间偃麦草染色体与小麦第7同源群染色体存在部分同源关系;SDSPAGE表明中209含有5+10亚基。     

小麦-中间偃麦草衍生系的分子细胞遗传学鉴定

对阿勃缺体与小麦-中间偃麦草部分双二倍体中2经杂交、回交选育的两个衍生系(衍生系Ⅰ和衍生系Ⅱ)研究表明,两个衍生系在形态学和细胞学上已经基本稳定,细胞学鉴定结果均为2n=44=22″。两个衍生系与阿勃二体杂交F1花粉母细胞染色体构型以及基因组原位杂交结果表明,衍生系Ⅰ为小麦-中间偃麦草异代换-附加系,衍生系Ⅱ为小麦-中间偃麦草异附加系。     

小麦 中间偃麦草衍生后代的细胞学和SSR标记鉴定

为了鉴定小麦与八倍体小偃麦的杂交组合NZ2W5的衍生后代中是否含有中间偃麦草的遗传物质,利用细胞学和SSR技术对该组合的12个衍生单株进行了鉴定.结果表明,NZ2W5组合衍生后代的根尖细胞染色体数目均为2n=42,花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ染色体构型均为2n=21Ⅱ.以相关亲本中间偃麦草、小麦-中间偃麦草部分双二倍体远中2、普通小麦合作2号和阿勃以及衍生后代为材料,选取均匀分布于小麦各条染色体上的480个SSR标记进行分析,结果表明,Xbarc008、Xbarc195、Xwmc489、Xcfb3440、Xwmc331和Xgwm608等20个标记在中间偃麦草中具有特异条带,其中定位在小麦4D染色体上的标记Xwmc331可以在NZ2W5组合衍生的12个单株中检测到中间偃麦草119 bp的特异条带.研究结果表明,NZ2W5组合衍生后代的细胞遗传学基本稳定,携带中间偃麦草的遗传物质,涉及的外缘遗传物质可能同源于小麦的第四部分同源群.     

普通小麦-中间偃麦草易位系08-738的鉴定

中间偃麦草(Thinopyrum intermedium,2n=42)具有大穗多花和抗多种病害等特性,是小麦育种的重要基因资源之一。为确定普通小麦川麦107与中间偃麦草杂交获得的遗传稳定品系08-738的染色体组成,采用形态学、细胞遗传学和SSR分子标记对其进行了鉴定。形态学分析表明,08-738具有植株较矮和小穗数较多的特点。细胞学观察表明,其染色体数目及构型为2n=42=21II。基因组原位杂交(GISH)和重复序列原位杂交(FISH)结果表明,08-738含有20对小麦染色体和1对小麦-中间偃麦草小片段易位染色体,易位位于小麦3DS的近末端,且该外源片段可能来源于中间偃麦草的Js染色体组。SSR标记分析显示,位于3DS 6-0.55-1.00之间的SSR标记xcfd141能在08-738和中间偃麦草之间扩增出一条特异条带,xcfd141可作为该中间易位片段鉴定和选择的标记。     

中间偃麦草和硬粒小麦在小麦远缘杂交育种中的利用

中间偃麦草和硬料小麦具有抗锈病，白粉病，大麦黄叶病毒，根腐病及抗蚜，抗小麦蝇蚊，抗旱，耐寒、耐盐碱及高蛋白等许多有益基因。通过远缘杂交把它们的抗性基因及其它有利基因转入普通小麦的工作，有十分重要的意义。     

中间偃麦草和硬粒小麦在小麦远缘杂交育种中的利用

中间偃麦草 (Thinpyrum intermedium =Agropyon intermedium =Eltrigia intermedia ,2 n=6 x=4 2 ,E1E1E2 E2 XX)和硬粒小麦 (Triticum durum,2 n=2 8,AABB)具有抗锈病、白粉病、大麦黄叶病毒 (BYDV)、根腐病及抗蚜、抗小麦蝇蚊、抗旱、耐寒、耐盐碱及高蛋白等许多有益基因。通过远缘杂交把它们的抗性基因及其它有利基因转入普通小麦的工作 ,有十分重要的意义。世界上许多国家相继开展了此方面的研究工作 ,并取得了很多成果。本文综合论述了中间偃麦草和硬粒小麦在小麦远缘杂交育种中的研究进展情况 ,并对二者的利用潜力和前景进行了探讨。     

小麦 长穗偃麦草二体代换系（DS3Ee DS4Ee）光合特性研究

为了确定长穗偃麦草3Ee、4Ee染色体是否含有小麦育种所需要的高光效基因,以小麦中国春-长穗偃麦草二体代换系(DS3Ee、DS4Ee)为材料,分析了这两种外源染色体导入后小麦光合特性的变化.结果表明,与中国春相比,DS3Ee (3B)、DS4Ee(4A、4B、4D)开花期旗叶光合速率较低,而光合速率高值持续时间较长,其较低的光合速率与其较低的光反应能力(Fv/Fm、ΦPSⅡ、ETR)、气孔导度及胞间CO2浓度有关;DS3Ee (3D)具有较高的光合速率和光合速率高值持续时间,但较高的光合速率与气孔导度和光反应能力无关.长穗偃麦草3Ee、4Ee可能含有改良小麦光合作用的高光效基因,DS3Ee (3D)在光合速率和光合时间方面可以利用,DS4Ee在光合持续时间方面可以利用.     

基于RNA-seq技术开发中间偃麦草基因组特异分子标记

中间偃麦草(Thinopyrum intermedium,2n=6x=42,JJJSJSStSt或Ee Ee EbEbStSt)是小麦遗传改良的重要近缘植物,高抗锈病、白粉病等病害,耐逆性强。开发中间偃麦草基因组特异分子标记对于加快其优异基因向普通小麦中的转移和利用具有重要意义。为建立快速准确开发中间偃麦草基因组特异分子标记的新体系,首先利用RNA-seq技术对中间偃麦草及其基因组供体二倍体长穗偃麦草、百萨偃麦草、假鹅观草的苗期叶片进行转录组测序,然后根据测序结果设计EST-SSR引物,对普通小麦、中间偃麦草及其基因组供体材料进行DNA扩增分析,从中筛选鉴定中间偃麦草基因组特异标记。结果表明,在所合成的200对ESTSSR引物中,有75对引物(37.5%)在中间偃麦草、二倍体长穗偃麦草、百萨偃麦草和假鹅观草中具有特异扩增,引物多态率较高。说明利用RNA-seq技术开发EST-SSR引物可以高效地用于筛选中间偃麦草基因组特异分子标记,这一技术体系也可应用于其他作物及其近缘物种的特异分子标记开发。     

小麦 中间偃麦草渗入系的HMW GS组成及等位变异分析

为了给小麦品质育种提供有益材料和信息,利用SDS-PAGE技术对311份新育成的源于偃麦草的高代渗入系的HMW-GS组成进行了分析。结果表明,在参试材料中共检测到16种不同的亚基类型:在Glu-A1位点有Null、2*和1亚基等3个等位变异类型,以优质亚基1和2*为主要类型,占测试材料的71.1%;Glu-B1位点有7、7+8、7+9、6+8、13+16、13+19、14+15、17+18等8个等位变异类型,以17+18为主要类型,其次为7。优质亚基13+16、14+15和17+18的出现频率共计53.4%;Glu-D1位点有2+12、5+10、2+10、2+12、5+12亚基5个等位变异类型,以2+12为主要类型,占53.7%,其次为5+10,占38.9%。同时发现共有32种亚基组合,以"2*、17+18、2+12"的出现频率最高,为13.2%;其次为"1、17+18、5+10",占10.6%。品质得分为8～10分的材料有164份,占52.73%。由此可见,在这些小麦-中间偃麦草高代渗入系中存在丰富的高分子量谷蛋白亚基变异,可能对小麦品质改良具有重要的应用价值。     

抗条锈病普通小麦-中间偃麦草7St二体异附加系的分子细胞遗传学鉴定

中间偃麦草（Thinopyrum intermedium）携带很多优异基因,是小麦重要的三级基因库。为了将中间偃麦草的优异基因导入小麦,以普通小麦品种阿勃的缺体系为母本,以普通小麦-中间偃麦草部分双二倍体远中4为父本,通过远缘杂交,获得普通小麦-中间偃麦草衍生系ES-24,并对其进行形态学、细胞学、原位杂交、分子标记、抗病性等综合鉴定。细胞学观察结果显示,ES-24有44条染色体,其减数分裂中期I染色体构型为2n=22Ⅱ, 且在减数分裂后期Ⅰ可均等分离,表明其可以稳定遗传。原位杂交和分子标记结果表明,ES-24含有42条普通小麦染色体和1对来自中间偃麦草的7St染色体,并利用Oligo-pTa535得到了7St染色体的FISH核型。条锈病抗性鉴定表明,ES-24在苗期和成熟期均对条锈病表现为高抗。综上结果表明,ES-24是高抗条锈病的普通小麦-中间偃麦草7St二体异附加系,可以作为小麦抗病育种的潜在中间材料。     

小麦-十倍体长穗偃麦草双重异代换系的分子细胞遗传学及抗条锈病鉴定

十倍体长穗偃麦草[Thinopyrum ponticum(Popd.) Barkworth and Dewey]具有抗寒、抗旱、耐盐碱、茎秆粗壮、穗长花多等优异性状,是小麦遗传改良的重要基因资源。本课题组从小麦与十倍体长穗偃麦草的杂交后代中筛选出一份抗条锈病的衍生系CH18067,本研究对其进行形态学、细胞学、原位杂交、分子标记、抗条锈病性等综合鉴定。细胞学观察结果显示,CH18067的体细胞染色体数目为42条,在减数分裂中期Ⅰ的染色体构型为2n=21Ⅱ,在减数分裂后期Ⅰ同源染色体可均等分离,表明其细胞学遗传稳定。利用寡核苷酸探针Oligo-pTa535(红色)和Oligo-pSc119.2(绿色)对CH18067进行FISH鉴定,结果显示,CH18067缺失小麦2D和4D染色体,同时含有2对具有特殊带型的染色体;通过对CH18067进行FISH-GISH、mc-GISH、液相芯片以及染色体核型分析,发现2对具有特殊带型的染色体中,在长臂和短臂末端均呈现Oligo-pTa535探针红色带型的染色体为十倍体长穗偃麦草的2J染色体,在着丝粒位置和长臂末端均呈现Oligo-pTa535探针红...     

小麦-滨麦2D/2Ns异代换系DM2411的分子细胞遗传学鉴定

为进一步挖掘利用滨麦优异基因,并丰富小麦遗传种质资源,利用形态学、细胞遗传学、基因组原位杂交(Genomic in situ hybridization,GISH)、EST-STS分子标记、SSR分子标记等技术,对从八倍体小滨麦M842-16和硬粒小麦D4286杂交F_7代材料中筛选出的1个遗传稳定的小滨麦异代换系DM2411进行了鉴定。细胞遗传学观察表明,DM2411的染色体主要构型为2n=42=21Ⅱ,遗传稳定。根尖体细胞和花粉母细胞的原位杂交研究表明,DM2411含有1对滨麦Ns基因组。SSR分析表明,DM2411可能缺失了小麦2D染色体。EST分析表明,DM2411可能含有滨麦2Ns染色体。形态学调查表明,DM2411的株高极显著降低。     

普通小麦-长穗偃麦草抗白粉病异代换系的分子细胞学研究

禾本科布氏白粉菌引起的小麦白粉病是造成小麦显著减产的主要病害之一.小麦的野生近缘种植物十倍体长穗偃麦草(2n=10x=70)携带有抗白粉病基因.为了进一步研究长穗偃麦草携带的抗白粉病基因,本研究对普通小麦-长穗偃麦草异代换系A1-2-2-2进行形态学、白粉病抗性、细胞学、分子标记及原位杂交(GISH)鉴定分析.结果表明,A1-2-2-2在苗期和成株期均对白粉病表现为免疫;减数分裂中期染色体构型为2n=21Ⅱ;分子标记鉴定结果表明,A1-2-2-2可能缺失了1对普通小麦的6A染色体;原位杂交结果表明,A1-2-2-2可能携带1对来自十倍体长穗偃麦草的St染色体.综上所述,A1-2-2-2可能为小麦的6A染色体被长穗偃麦草的1对St染色体取代的异代换系.另外,A1-2-2-2表现为毛颖,而双亲均表现为光颖,推测光颖由6A染色体上的基因控制.     

小麦新抗源CH7103抗条锈基因的遗传及其与已知基因的关系

为了更好地利用小麦条锈病新抗源,以衍生于八倍体小偃麦“小偃7430”的新抗源CH7103为材料,对其抗条锈性及抗病基因的来源、遗传模式和细胞学特征及其与已知抗病基因的关系进行了分析和鉴定。结果表明,CH7103苗期和成株期对条锈菌系条中31、32号生理小种表现免疫或近免疫,与其抗性供体小偃7430及其野生亲本的抗病侵染型相似,而其小麦亲本均感病,说明CH7103对条锈病的抗性来自彭提卡偃麦草。抗×感的F₁代均表现免疫,侵染型为0～0; 级,且F₂、F_2∶3、BC₁代的抗、感分离比均符合显性单基因控制的分离模式。通过等位性检测,初步明确CH7103含有的抗条锈病基因与已有的抗CYR32小种的基因Yr5、Yr10、Yr15、Yr41不存在等位关系,可能属于新的抗小麦条锈病基因。细胞学研究表明,CH7103及其与小麦品种“中国春”等杂种F₁的染色体数目均为2n=42,绝大多数花粉母细胞具有2n=21Ⅱ的配对构型,并能与小麦染色体完好配对。说明CH7103不含较大的外源染色体片段,是一个携带偃麦草抗条锈病基因的异源渐渗系。