小麦雄性不育系绒毡层异常代谢与小孢子败育的关系

【目的】研究小麦遗传型雄性不育系花药绒毡层降解及营养物质代谢,并揭示其与花粉败育的关系。【方法】以小麦S型1376不育系[(S)-1376(A)]及其保持系[(A)-1376(B)]为试材,在三核期分别用DAPI和KI-I2对花粉粒内淀粉积累进行染色观察;采用半薄切片技术对不育系(S)-1376和保持系1376绒毡层发育过程及多糖、脂类和蛋白等物质积累进行观察和比较;采用软件cellSens Entry和IPP 6.0分别计算图片中小孢子和绒毡层细胞的面积及分析各发育时期图像中的平均光密度值。【结果】与保持系1376比较,(S)-1376花粉粒被KI-I2染成浅黄色,表明三核期其花粉中无淀粉积累,花粉败育彻底;不育系(S)-1376绒毡层较保持系1376绒毡层细胞提前至四分体时期启动细胞程序化死亡（PCD）过程;不育系(S)-1376花粉核发育迟缓,大多发育至单核晚期停止分裂,仅少数可发育至二核期;(S)-1376小孢子在四分体时期和单核早期显著增大;绒毡层细胞在四分体时期也显著大于保持系1376绒毡层细胞。在(S)-1376花粉的发育过程中,除四分体时期外,其余各时期多糖含量（呈红色）均低于保持系对应的各发育时期,不育系(S)-1376绒毡层中多糖在四分体时期多于保持系,在单核早期显著降低。在花粉整个发育过程中,不育系(S)-1376花粉中被染成黑色脂类的含量明显低于保持系,不育系绒毡层中的脂类含量在各个时期也低于保持系。不育系(S)-1376小孢子母细胞四分体时期被染成蓝色的蛋白含量很高,但单核晚期显著降低;在绒毡层细胞中单核早期蛋白含量显著低于保持系,这可能暗示该时期保持系绒毡层开始启动降解。在花粉发育整个过程中保持系1376小孢子母细胞中四分体时期多糖和蛋白的含量都低于不育系(S)-1376,这可能与该时期不育系绒毡层提前降解需要大量的多糖和蛋白有关;单核晚期小孢子中的多糖、脂类和蛋白含量高于不育系,该时期是正常小孢子发育的关键时期,不育系中各种物质供应不足可能是导致花粉败育的主要原因。在二核期和三核期,不育系(S)-1376花粉营养细胞中大液泡不消失,细胞质内含物也不持续增加,淀粉粒、脂类等物质积累终止,最终导致小孢子内没有内含物的积累,呈空壳晶体状。【结论】小麦S型1376A不育系花药绒毡层提前降解所诱发的物质异常代谢,使小孢子在由单核晚期向二核期发育的过程中物质供应不足导致细胞核分裂异常,最终引起花粉败育。     

扫描电镜下的小麦叶毛性状与麦长管蚜生物学参数相关性分析

为明确小麦叶毛物理性状（密度和长度）与小麦抗蚜性的关系,在人工气候室内对麦长管蚜Sitobion avenae（F.）在11个小麦品种（材料）上的发育历期、成虫与幼虫的体重差、相对日均体重增长率、若蚜死亡率等生物学参数进行了测定,采用聚类分析法评价了其对麦长管蚜的抗性,利用扫描电镜技术研究了叶毛的超显微结构,并对叶毛密度和长度与蚜虫生物学参数间的相关性进行了分析。结果表明：亲本98-10-35、Amigo及杂交后代O31、L87最不适于麦长管蚜的生长,抗性最好;O63、A253、A33抗性次之;L71、1376、H23抗性较弱,H19对麦长管蚜的适应性最好,抗性最差。扫描电镜结果表明叶毛长度和发育历期呈极显著正相关,叶毛密度和相对日均体重增长率呈极显著负相关,说明叶毛长度和密度与小麦品种（材料）的抗蚜性显著相关。表明小麦物理性状是小麦抗蚜性的重要组成部分,可以作为抗虫育种的目标之一;抗感杂交小麦后代可遗传亲本的抗感特性。     

利用药物印迹法筛选化学杂交剂苯哒嗪靶标蛋白基因

为了筛选化学杂交剂苯哒嗪的靶标蛋白基因,以SQ-1(15%苯哒嗪乳油)处理的小麦品种西农1376为材料,以噬菌体λTripl Ex2为载体,利用SMART技术构建小麦单核期花药c DNA表达文库;以生物素为报告基团,合成苯哒嗪小分子探针,并利用该探针在c DNA表达文库中进行苯哒嗪靶标蛋白基因筛选。结果成功构建了一种新型有效的药物印迹筛选方法,获得了一条能够与苯哒嗪结合的蛋白基因c DNA序列,其编码蛋白属于DUF3456家族。研究结果为进一步明确SQ-1(有效成分苯哒嗪)的作用机理提供了依据。     

中国西部芥菜型油菜遗传多样性研究

利用23对SRAP引物、11对AFLP引物和10对SSR引物对我国西部地区的芥菜型油菜及其近缘种108份材料进行了遗传多样性分析, 共检测到313个等位变异, 3种标记的每对引物平均分别可检测到6.8、12.5和1.9个等位变异。包括白菜型和芸芥在内的108份品种间遗传相似系数在0.378~0.936之间, 103份芥菜型油菜品种间遗传相似系数在0.545~0.936之间。聚类分析结果表明, 在相似系数0.558处, 5个参照品种白菜型油菜、小白菜以及芸芥首先被聚出芥菜型油菜之外; 在相似系数0.70处, 103份芥菜型油菜可分为云贵陕南冬播(A)、关中冬播(B)、新疆I (C)、新疆II (D)和西部春播(E)五个类群, 其中A、B基本为冬播品种, C、D、E为春播品种。A类群品种间遗传差异最大, B类群其次。陕西和新疆的品种均分别被聚到3个类群, 表现出更广泛的遗传多样性。春播类型绝大部分被聚到E类群, E类群可分为3个亚类, 其中陕北及其邻近一带春播黄芥为一类, 形成一个独立的遗传群体, 群内遗传多样性较高; 西藏的10个品种为一类, 相似系数高达0.83以上, 表现出西藏品种遗传系统的独立和遗传基础的单一; 澳大利亚2个品种单独为一类, 与我国的春播品种关系较近。由此说明, 地理和生态条件是影响芥菜型油菜类群的主要因素, 我国的冬播品种间的遗传多样性高于春播品种, 陕西和新疆的芥菜型油菜遗传多样性较高。     

小麦多子房性状近等基因系遗传背景的分子标记检测

小麦多子房性状具有明显的穗粒数优势,可明显提高小麦的繁殖系数。为研究多子房这一特殊性状,以矮败小麦为杂交工具材料、多子房小麦多Ⅱ为供体亲本、单子房小麦77(2)为轮回亲本,经过连续回交5代和自交,初步培育成多子房近等基因系(NIL)。在小麦21对染色体的各长短臂随机选取了42对SSR引物,对23个NIL材料及其轮回亲本的遗传相似性和遗传距离进行了比较分析,结果表明:(1)42对SSR引物共扩增出92条谱带,其中53条具有多态性,多态性条带率57.61%;30对引物具有多态性,多态性引物率71.43%;(2)23个材料与轮回亲本的遗传相似系数为0.77~0.95,平均遗传相似系数为0.88;(3)聚类分析将23个材料和轮回亲本的相似系数在0.84处分为7大类,其中70.83%的材料归入第一类;第一类在0.87处又分为3个亚类,其中多子房材料2008H69与轮回亲本差异最小,在0.93处聚为一类。     

15个化杀杂交小麦亲本配合力和杂种优势群的初步研究

为给小麦杂种优势利用提供依据,以15份普通小麦为材料,采用NCⅡ设计组配44个组合,研究了8个农艺性状的杂种优势和配合力。结果表明,杂种F₁的杂种优势是普遍存在的,各性状大都表现出正向优势;周麦22、西农889、西农375和罗大穗316的产量性状一般配合力相对效应较高,参与组配的强优势组合较多。在44个杂交组合中,（D177×罗大穗316）、（周麦22×花培878）、（周98165×西农375）、（周麦22×西农889）、（周麦22×200(1)穗2）、（周麦22×郑育麦9987）、（周麦22×07常261）、（周98165×西农889）、（周麦22×罗大穗316）、（周麦22×西农375）为强优势组合。利用普通小麦亲本8个性状的一般配合力将15份亲本划分为5类,直接以普通小麦亲本8个性状的表现值亦可将15份普通小麦划分为5类。     

几类同核异质雄性不育小麦线粒体DNA的RAPD标记多态性

为了明确不同细胞质来源的小麦不育系mtDNA的差异,对具有相同核背景而细胞质分别来源于偏凸山羊草(Ae.ventricosa)、易变山羊草(Ae.Variabilis)、提莫菲维小麦(T.timopheevi)的 3 种小麦细胞质雄性不育系,采用 50条随机引物对其细胞质线粒体DNA(mtDNA)进行了RAPD 多态性分析,筛选出3条特异性引物,其中引物S22 在ms(Ae.ventricosa)90110中扩增出分子量约为1 500 bp 的特异带,引物OPAA16在ms(T.timopheevi)90110中扩增出分子量约为1 200 bp的特异带,引物OPA05在ms(Ae.variabilis)90110中扩增出分子量约为670 bp的特异条带。分析表明,3类不同细胞质的小麦不育系在线粒体DNA上表现出稳定的差异,为进一步在分子基础上鉴别这3类不育胞质源不育系奠定了基础。     

大穗材料高麦1号/ 密小穗F2群体穗长性状的QTL初步定

为了解小麦穗长性状的遗传特性,并将其应用于分子标记辅助育种,以大穗材料高麦1号/密小穗的292个植株的F2群体为材料,利用SSR标记对穗长进行了QTL定位分析.结果表明,选用500对SSR引物对高麦1号和密小穗两个亲本进行多态性检测,共获得180对在双亲问有多态性的引物,多态性引物检出率为36.0％.利用这180对引物进一步进行F2群体筛选,有96对引物在群体中表现出多态性,占多态性标记的53.3％.利用QTL_IciMapping软件构建出小麦染色体组的8个连锁群图谱,并将96对SSR引物定位到遗传连锁图谱上.图谱全长1 383.29 cM,标记间的平均遗传距离15.37 cM.平均每个连锁群有11.25个标记,含有标记最多的是4A和6B染色体,各有17个标记,其次是3A和7B染色体,含有9～14个标记,1B和5D染色体含有的标记最少,只有5～7个.共检测出7个与穗长相关的QTL位点,包括6个加性QTL和1个加性+显性QTL.7个QTL的加性效应值均为正值,单个QTL的贡献率为2.04％～15.26％.其中3A染色体上的QTL位点距离其最近标记只有0.58 cM,为连锁最紧密的一个位点,并且其加性效应值最大,可解释表型变异的15.26％.因此,3A染色体上存在控制穗长的主效基因.     

黏类小麦细胞质雄性不育系mtDNA消减文库的构建

本研究利用抑制性消减杂交技术,构建了黏类小麦细胞质雄性不育线粒体DNA的消减文库。分别提取相同细胞质背景下的不育和可育等基因系线粒体基因组DNA(mtDNA),用RsaⅠ酶切成大小不等的片段,并各自与不同的接头连接,连续经过两次消减杂交和两次PCR扩增,将PCR产物与克隆载体连接,转化为大肠杆菌感受态细胞DH5α,经蓝白斑筛选后,再用PCR方法插入片段筛选出阳性重组质粒,构建差异DNA消减文库。在构建的不育mtDNA文库中,将SSH文库的全部扩增产物与SSH文库中的单条扩增条带分别进行胶回收和克隆转化,分别挑取54个和6个阳性克隆进行测序分析和相关功能初步比对。结果表明,不育mtDNA的SSH文库差减杂交效率较高,质量较好;回收单条扩增条带分别进行克隆测序的结果准确率较高;对测序序列进行BLASTx比对及功能注释分析发现,约90%的序列来源于线粒体基因nad1和nad5的非编码区。     

粘类小麦CMS育性基因分布区研究

为更有效地选育小麦不育系的高恢复系,以8个粘类小麦细胞质雄性不育系（Cytoplasmic malesterility,CMS）为测验种,对310份来自国内外不同地区的普通小麦品种及亲本材料对粘类小麦CMS系的育性恢保关系进行调查,并采用聚类分析法研究了粘类小麦CMS育性基因的地区分布。结果表明：（1）高恢复能力的品种在中国春麦区和南方冬麦区的分布比例均超过50%,具有保持性的品种在加拿大分布最多,我国北方冬麦区次之,春麦区分布最少。（2）不同地区品种恢复度存在差异。（3）将48个普通品种聚为3类：第1类品种对粘类CMS的平均恢复度均低于20%,属全不育和高不育类型;第2类品种的平均恢复度在20%～55%范围内,基本属于半不育类型;第3类品种的平均恢复度均大于55%,属高可育和全可育类型。（4）对不育系进行聚类：90-110核背景下,K型和V型聚为一类,Ven型和B型聚为一类;224核型下V型和B型聚为一类,再和K型聚为一类,与Ven型距离最远;相同细胞质背景下,90-110和224两种核型分别在一定水平上被分为2个类别。