化学杀雄剂CH1诱导的小麦雄性不育花药转录组学及相关基因表达的分析

为了揭示化学杀雄剂CH1诱导雄性不育的作用机理,以小麦品种普冰151为试验材料,利用测序技术对化杀不育系(FHS)和正常可育系(FZC,对照)的花药RNA进行转录组学分析,筛选差异表达基因,并进行GO、KEGG富集分析及实时荧光定量PCR分析。结果表明,FHS和FZC之间筛选出差异表达基因共3 895个,其中上调表达基因1 334个,下调表达基因2 561个,主要富集在碳水化合物代谢、多糖代谢、外部结构组织、细胞壁组织等;经KEGG分析,差异基因主要集中在戊糖和葡萄糖醛酸转化、淀粉和蔗糖代谢利用等通路中。利用实时定量PCR技术对转录组数据中所筛选出的5个表达差异较大的基因进行验证,在花药发育的单核期,处理与对照相比,这5个基因表现出不同的上下调趋势;而在二核期和三核期,这5个基因都表现出明显的下调趋势,推测这5个基因的下调表达有可能与化杀不育系花粉的败育有关。     

黄淮麦区杂交小麦亲本的杂种优势和配合力分析

为了研究黄淮麦区普通小麦品种间的杂种优势和配合力的关系并划分杂种优势群,用GriffingⅡ遗传交配设计对10个黄淮麦区普通小麦品种配制45个杂交组合,对亲本及杂交组合进行8个农艺性状的杂种优势和配合力效应分析,再根据亲本的一般配合力和性状表现划分杂种优势群。结果表明：(1)杂交小麦具有普遍的中亲优势和较强的对照优势, 多数性状的超亲优势不强。单株穗数、主穗粒数表现为负向优势,致使单株产量的对照优势下降,是目前制约杂交小麦产量优势发挥的主要限制因素。(2)周98165、小偃22、西农889、郑麦366和偃展4110的产量一般配合力较高。强优势组合有豫农202×郑麦366、周98165×小偃22、小偃22×豫农202、西农2611×小偃22、烟农19×郑麦366、豫农202×邯6172、小偃22×郑麦366、烟农19×周98165、周98165×邯6172。依据双亲之一GCA或双亲GCA之和较大的要求进行亲本选配,强优势组合出现的几率较高。(3)利用配合力分析法将供试亲本划分为5类,利用性状聚类法将供试亲本划分为4类。这两种方法划分杂种优势群都是可行的。     

小麦种子活力性状的配合力分析

为提高小麦种子高活力优异组合的选配效率,选用种子活力水平有显著差异的天麦535(P_1)、新麦23(P_2)、现农1号(P_3)、西农889(P_4)、小偃22(P_5)和周麦18(P_6)6个小麦品种为材料,按照GriffingⅡ设计配制了15个杂交组合,对种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、电导率共5个种子活力性状进行配合力和遗传参数分析。结果表明,小麦种子活力主要受遗传因素控制。各种子活力性状一般配合力效应较高的亲本有P_6、P_5和P_4;P_2×P_5、P_3×P_5、P_3×P_6和P_4×P_5组合的特殊配合力较高;P_3×P_5、P_3×P_6、P_4×P_5、P_4×P_6和P_5×P_6组合的总体配合力较高;总体配合力可以作为高活力杂交组合评价的理论依据。发芽势、发芽指数和活力指数的遗传以加性效应为主,适宜早代选择;发芽率和电导率的遗传以非加性效应(显性效应及上位性效应)为主,适宜晚代选择。     

粘类小麦细胞质雄性不育系恢复性能及其杂种优势和细胞质效应的研究

为更好地揭示粘类小麦细胞质雄性不育系(CMS)的恢复性能、杂种优势和细胞质效应,以推动三系杂交小麦的生产应用,以4类19种异质粘类小麦CMS为母本,与系列恢复系亲本进行不完全双列杂交,获得248个互为同核异质、同质异核、异质异核的杂种F1,对粘类小麦CMS的恢复规律等进行了研究。结果表明:(1)影响粘类CMS恢复性能的主要因素是恢复系、不育系核型、不育系胞质类型,三因素对恢复度的影响表现为:恢复系>不育系核型>不育系胞质类型;(2)粘类CMS与系列恢复系的杂种F1穗长、分蘖均值分别为其亲本的1.129倍和1.273倍,具有很强的杂种优势,株高为亲本的0.997倍,具有一定的负向优势;(3)对粘类小麦CMS产生单倍体的影响表现为:不育系核型>不育系胞质类型>恢复系,单倍体产生程度与不育系核型和不育系胞质类型相关,单倍体产生频率只和不育系核型直接相关,单倍体产生频率与单倍体产生的严重程度没有直接关系,利用特定不育系核型可有效避免产生单倍体。     

化学杂交剂 SQ-1 对麦长管蚜生命表重要参数及酶活的影响

为了准确评价小麦化学杂交剂SQ-1的生态安全性,以5 kg·hm~(-2)的SQ-1处理过的小麦和对照小麦(等量清水处理)作为食材分别饲喂麦长管蚜(Sitobion avenae),连续饲喂11代,并记录第2、第6、第11代蚜虫的生命表数据,同时分别提取第2、第6、第11代处理组和对照组蚜虫的体内总酶液,检测其超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)及乙酰胆碱酯酶(AchE)的活性。结果表明,麦长管蚜种群参数(内禀增长率r_m、周限增长率λ、净增值率R_0、平均世代周期t)随世代增加呈递减趋势;SQ-1处理组的r_m、λ和R_0仅在第6代显著低于对照组(P0.05),而在第2代和第11代与对照无显著差异;SQ-1处理组的T在各世代均与对照无显著差异;处理组的产仔前总时间(TPOP)和寿命随世代的变化趋势与对照组一致,且第2代、第6代和第11代处理组各繁殖参数(TPOP、产仔天数和寿命)与对照组无显著差异。酶活性检测发现,处理组麦长管蚜CAT活性在第6代与对照组无显著差异,在第2代和第11代均显著高于对照组(P0.05),处理组的其他酶活性在各世代均显著高于对照组(P0.05)。不同酶活性随世代增加的变化趋势各不相同, SOD活性在处理组呈递减趋势,对照组呈先增加后减少的趋势;POD活性在处理组呈先增加后减少的趋势,对照组呈先减少后增加的趋势;CAT活性在处理组呈先减少后增加的趋势,对照组呈递减趋势;AchE活性在处理组和对照组均呈先增加后减少的趋势。SOD、POD、CAT和AchE活性之间均呈正相关。上述结果表明,保护酶系统和解毒代谢途径的协同工作是SQ-1胁迫下确保麦长管蚜各种群参数随世代增加逐渐恢复至对照水平和维持各繁殖参数不发生差异显著性变化的重要保障。进一步说明,生物自身保护酶系统和解毒代谢途径可以修复一定剂量的化学杂交剂SQ-1对生物造成的胁迫损伤,因此认为小麦化学杂交剂SQ-1具有一定的生态安全性。     

1BL/1RS小麦的分子和细胞学鉴定及黏类CMS育性恢复区域分布的分析

【目的】揭示黏类小麦细胞质雄性不育系育性恢复基因的区域分布及恢复材料的1BL/1RS情况,为黏类细胞质雄性不育系优良恢复源筛选提供理论依据,以推动黏类小麦雄性不育"三系"强优势组合的选配能不断得到新的材料保障。【方法】以8个黏类不育系和国内外一批小麦品种(系)为试材,结合分子和细胞学技术,进行1BL/1RS易位系鉴定,并利用中国国内法对其育性恢复程度进行分类。【结果】在参试的256份材料中,初步鉴定约20%的小麦品种(系)属于1BL/1RS易位系;育性表现半不育、高可育和全可育的品种(系)分别有86.15%、91.67%和100%为非1BL/1RS易位系,表现全不育和高不育的品种(系)中均有40%左右属于1BL/1RS易位系;恢复能力在50%以上的品种(系)在中国春麦区、长江中下游冬麦区、西南冬麦区和华南冬麦区的比例依次为60%、65.85%、68.42%和71.43%。【结论】黏类不育系优良恢复源大都为非1BL/1RS易位系,主要集中在中国春麦区和南方冬麦区。     

粘类小麦CMS恢复基因Rfv1快速定向转育体系的研究

为了实现粘类小麦雄性不育恢复基因Rfv1的定向转育,创制优良的粘类非1BL/1RS小麦雄性不育新恢复系,以携有粘类小麦雄性不育恢复基因Rfv1的恢复系亲本5253、5383为供体,以西农Mp1、西农Mp2(化杀杂交小麦新品种西杂1号、西杂5号的父本)为受体,采用定向回交转育方法,结合根尖细胞学镜检、复合引物多重PCR等技术,进行了恢复基因Rfv1的定向转育与检测,育成既携有Rfv1恢复基因,又具有西农Mp1、西农Mp2核基因背景的粘类非1BL/1RS小麦雄性不育新恢复系.本研究表明:(1)根尖体细胞随体鉴定和复合引物PCR分析,不仅能准确地鉴定出1BL/1RS纯合易位系,而且可以鉴定1BL/1RS·1BL/1BS R~(fv1)易位杂合体.其中复合引物PCR更适合于回交后代中大量目标种子的筛选;(2)恢复基因转育后代定株与不育系测交,依据测交恢复度可准确确定恢复基因在回交后代的延续,恢复基因定株定向转育与性状选择结合可大大提高转育后代的实际应用效果;(3)本研究提出的粘类小麦雄性不育恢复基因Rfv1定向转育体系,可有效地实现小麦由化控强优势组合向三系强优势组合的定向转化,即生理型不育途径向遗传型不育途径的定向转化,进而建拓一套杂交小麦强优势组合多途径利用新体系.     

黏类小麦细胞质雄性不育线粒体atp6基因转录本编辑位点

以黏类小麦细胞质雄性不育系ms(Kots)-90-110(A)及其近等可育基因系BC₅F₂为材料,采用克隆测序与PCR产物直接测序方法,对黏类小麦线粒体atp6基因在花药发育各阶段的RNA编辑进行了分析。结果表明,小麦atp6基因保守区DNA序列在供试材料不育系及其近等可育基因系中完全一致,且与普通小麦和提莫菲维小麦atp6基因序列同源性为99%。两种方法测序分析atp6基因转录本保守区RNA编辑的结果规律相似。atp6基因共有15个编辑位点,其中13个发生在密码子的第一和第二位点上,这些位点的编辑都使氨基酸种类发生了变化;有2个发生在密码子的第三位点上,不引起氨基酸种类的变化;其中第6和第7位点是共转录的。随着花药发育时期的推移,各位点的编辑频率逐渐增高。不育系与其近等可育基因系相比,在引入核恢复基因后,各位点的编辑频率明显提高。编辑不充分的转录产物可能会影响线粒体功能的正常发挥,表明黏类小麦细胞质雄性不育与线粒体atp6基因转录本保守区的编辑有一定的相关性。     

粘类小麦雄性不育系线粒体DNA的AFLP标记及SCAR转化

为了能在分子水平上有效鉴定具有粘果山羊草(Aegilops kotschyi)、偏凸山羊草(A.ventricosa)、普通小麦变种斯卑尔脱(Triticum spelta)细胞质雄性不育系及其保持系90-110和8222,提高其在杂交小麦(Triticum aestivum L.)研究与应用中的定向遗传改良,本研究对其线粒体DNA进行了扩增片段长度多态性(amplified fragment length polymorphism,AFLP)标记和序列特征性片段扩增区域(sequence characterized amplified region,SCAR)标记。通过AFLP标记方法,应用64对引物组合EcoRⅠ-NNN/MseⅠ-NNN对小麦同核异质雄性不育系和保持系进行扩增,共扩增出682条带,其中113条为多态性条带。引物E-AGG/M-CTA组合在粘果山羊草细胞质雄性不育系中扩增出一条大小约300 bp的特异性条带,对该特异条带进行回收、测序,利用Primer Premier 5.0软件重新设计SCAR引物,并对这3种类型同核异质小麦细胞质雄性不育系和保持系进行扩增,其中引物YW1在3种细胞质雄性不育系和保持系中都扩增出条带,而引物YW2仅在粘果山羊草细胞质雄性不育系扩增出一条198 bp的特异性片段,结果表明,已成功地将AFLP标记转化为操作简便、表现稳定的SCAR标记。此片段与小麦线粒体基因组有很高的同源性(同源性为99%),为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)脱氢酶基因(GenBank登录号:EU534409.1)上的序列,该酶是线粒体中氧化磷酸化的入口酶,与小麦细胞质雄性不育密切相关。本研究可以用于粘类小麦细胞质雄性不育系分子标记辅助育种,也为小麦细胞质种性鉴定提供了技术支撑和理论依据。     

小麦T型细胞质雄性不育恢复基因Rf1和Rf4的SSR标记分析

为进一步探讨小麦(Triticum aestivum L.)T型细胞质雄性不育(T-CMS)育性恢复的遗传机理,并为利用T型不育系选育强优势杂交小麦分子辅助育种提供理论与技术支撑,本研究以小麦ms(S)矮抗58/R113的F2代分离群体中的极端可育株和极端不育株分别建立恢复池和不育池,采用分布于小麦第一染色体群(染色体1A、1B和1D)及第六染色体群(染色体6A、6B和6D)上的196对SSR引物进行扩增筛选。结果表明,(1)位于1AS染色体上的3个SSR标记和位于6BS染色体上的4个SSR标记均在亲本和基因池间扩增出了稳定的多态性差异条带;(2)定位群体验证结果表明,恢复基因Rf1与1AS染色体上Xgwm136、Xgpw7062和Xgdm33标记的遗传距离分别为4.8、9.6和13.7 cM,3个标记与Rf1之间的顺序依次为Xgdm33、Xgwm136、Rf1、Xgpw7062;(3)恢复基因Rf4与6BS染色体上的Xgpw1079、Xgwm193、Xgpw7011和Xgwm508标记的遗传距离分别为3.4、6.8、13.7和21.5 cM,4个标记与Rf4之间的顺序依次为Xgpw7011、Xgpw1079、Rf4、Xgwm193和Xgwm508。研究还表明,T-CMS恢复系R113的育性是由Rf1和Rf4两对主效恢复基因和多对微效基因共同控制的,筛选的上述7个SSR标记可直接用于T型或者类似T型,如S型杂交小麦分子标记辅助育种,可有效提高对应恢复系的选择效率。