寡核苷酸探针套涂染结合基因组原位杂交和分子标记分析准确鉴定小麦-百萨偃麦草异源易位系的研究

培育小麦异源易位系是转移和利用外源基因的有效途径,快速准确的染色体鉴定方法有利于提高染色体工程效率。本研究以电离辐射诱致的2个普通小麦-百萨偃麦草染色体5J易位系（NAU16YJ127和NAU16YJ124）为例,分析了综合利用本课题组前期开发的寡核苷酸探针套［包括(GAA)₁₀、pSc119.2-1、pAs1-1、pAs1-3、AfA-3和AfA-4六个寡核苷酸探针］涂染,结合基因组原位杂交和分子标记等方法鉴定小麦异源易位系的效果。结果表明,NAU16YJ127（2n=6x=42）包含一对小麦-百萨偃麦草易位染色体T5JS·5JL-5AL#1,同时在染色体6A和2D长臂顶端也发生了明显的相互易位;NAU16YJ124（2n=6x=44）附加了一对小麦-百萨偃麦草易位染色体,同时包含一对6A长臂缺失染色体del6AL,其缺失区段易位到5JL近端部,形成T5JS·5JL-6AL,其他染色体未见明显变化。利用21个5J特异分子标记（19个位于长臂和2个位于短臂）分析发现,两个易位系均含有全部5J短臂标记,同时T5JS·5JL-5AL#1含有12个长臂标记,而T5JS·5JL-6AL仅含有2个长臂标记,确证两个易位系断点不同,并将21个标记定位于4个不同区段,其中位于5J短臂的2个标记位于1个区段,位于5J长臂的19个标记位于3个区段（5JL-1~3）,分别包含2、10和7个标记;发现3个为可以同时识别5J和5A的共显性标记,其中NAU16YJ124含有全部5A标记,而NAU16YJ127仅包含其中2个标记,进一步验证了细胞学鉴定结果。本研究结果表明,寡核苷酸探针套涂染、基因组原位杂交和分子标记分析相结合为准确鉴定小麦异源易位系提供了新方法。     

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。     

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。     

基于SLAF-seq技术开发长穗偃麦草染色体特异分子标记

长穗偃麦草1E及7E染色体上带有重要的抗赤霉病基因, 开发大量相关染色体特异分子标记有助于准确定位抗性基因及获得可用于辅助育种紧密连锁的标记。基于SLAF-seq技术, 获得了368个长穗偃麦草1E染色体特异片段, 随机选取80个特异片段设计引物, 开发了20个长穗偃麦草1E染色体特异分子标记、2个长穗偃麦草基因组特异分子标记及26个其他特异分子标记, 效率达60%。用这些特异标记能稳定检测出不同小麦–长穗偃麦草衍生材料中的1E染色体或片段。通过标记与优良性状的共分离特性, 获得与相关基因紧密连锁的标记, 将为小麦抗性育种中的分子标记辅助选择提供依据。     

小麦-十倍体长穗偃麦草广谱抗锈易位系的鉴定及分析

【目的】从普通小麦与十倍体长穗偃麦草的杂交、回交后代中,获得对小麦条锈病流行混合小种具有广谱抗性的新种质。【方法】对普通小麦与十倍体长穗偃麦草的杂交、回交后代材料进行条锈病鉴定、农艺性状调查、分子细胞学和品质相关性状分析。【结果】这批材料在苗期普遍表现为轻度感病,但成株后则完全高抗或免疫,对8份材料进行了连续三年的人工接种鉴定,抗性表现十分稳定。对多种致病小种具有很好的抗性,根尖细胞染色体条数均稳定在42条,农艺性状良好。原位杂交分析显示这些材料中含有同一个易位片段,即在4DS末端有一来自长穗偃麦草St基因组的小片段易位,其中一个品系（GDR3）还携带一个未能准确定位的小片段易位,该材料对混合小种的抗性优于其它材料。推测这2个小片段易位上均含有新的抗条锈病基因。高分子量麦谷蛋白分析表明,这批材料均含有优质亚基14+15。【结论】与小麦相比,其野生近缘物种中可能含有更多的广谱抗性基因,是其在恶劣自然环境下生存的遗传基础,也为小麦抗病育种提供了新抗源。     

抗白粉病小麦-中间偃麦草染色体小片段易位系的选育与鉴定

 对从普通小麦与中间偃麦草杂交后代中选育的一个抗白粉病新品系(AF-1)进行了形态学、细胞学和原位杂交(GISH)鉴定。结果表明:AF-1具有与小麦亲本相似的农艺性状,根尖细胞染色体数目为2n=42,花粉母细胞减数分裂中期(PMCMI)染色体构型为2n=21Ⅱ,且未见其他结构变异,细胞学上十分稳定。GISH结果表明,AF-1为中间偃麦草与普通小麦的一个小片段易位系,易位点位于一对染色体臂的中部偏着丝粒的位置。结合抗病调查结果,推断该片段上携带了一个来自偃麦草的抗白粉病基因。该片段可能是在杂种早期世代通过部分同源染色体配对或者单价染色体错分裂而形成的。     

小麦-长穗偃麦草3E二体附加系与小麦-杀配子染色体2C二体附加系杂交后代的细胞学鉴定

为了创造小麦-长穗偃麦草染色体易位系,本研究将“中国春”-长穗偃麦草3E二体附加系与“中国春”-柱穗山羊草2C二体附加系进行了正反交、F1代自交和回交,利用细胞遗传学等方法对杂种后代进行了鉴定。以“中国春”-长穗偃麦草3E二体附加系为母本的杂交组合,其杂交当代结实率平均为37.3%,而以“中国春”-杀配子染色体2C二体附加系为母本的杂交组合,其平均结实率为28.19%,二者差异显著（P<0.05）。杂种F1代自交结实率平均为31.45%,用“中国春”-长穗偃麦草3E二体附加系为父本的F1代回交结实率为38.82%,二者差异显著（P<0.05）。在杂交后代有丝分裂和减数分裂中观察到了染色体畸变现象,说明杀配子染色体2C在配子的形成过程中起作用。这些研究结果为进一步创制小麦-长穗偃麦草3E染色体易位系奠定了基础。     

小偃麦异附加系的细胞学及分子标记鉴定

利用形态学、细胞学、A—PAGE和RAPD方法，对5个小麦-中间偃麦草(Thinopyrum intermedium)双体异附加系Line5、Line6、Line11、Line12和Line13进行了鉴定。细胞学鉴定结果表明，它们根尖细胞染色体数目为2n=44，花粉母细胞减数分裂中期I(PMC MⅠ)染色体构型为2n=22Ⅱ，具有高度的细胞学稳定性；形态学鉴定和A—PAGE电泳分析证明，Line12和Line13可能附加了中间偃麦草第2部分同源群的染色体，Line5和Line6可能附加了中间偃麦草第1部分同源群的染色体；RAPD分析表明，在供试的80个随机引物中，有2个引物S20和S21能够在亲本中间偃麦草和双体异附加系中稳定扩增出特异带型，并可作为异附加系所附加染色体的特异RAPD标记。     

Heterosis and Combining Ability for Major Yield Traits of a New Wheat Germplasm Shannong 0095 Derived from Thinopyrum intermedium

The wheatgrass, Thinopyrum intermedium （Host） Barkworth ＆ DR Dewey, shows many beneficial characteristics, such as big spikes and high resistance to many diseases. To transfer the beneficial genes of this species, many wheat- Thinopyrum intermedium alien chromosome lines were developed. Of them, Shannong 0095 （SN0095）, a disomic substitution, has long spikes and flag-leaves, and thus may be an important genetic resource for wheat yield improvement. In order to realize its heterosis and combining ability on major yield traits, a 7 ×7 complete diallel design was made according to Griffing＇s Method-1. The results showed that heterosis for spike length （SPL）, flag-leaf area （FLA）, number of spikes per plant （NSP）, number of spikelets per spike （NSL）, kernels per spike （KPS）, 1 000-kernel weight （TKW） and grain yield per plant （GYP） existed in all the crosses by SN0095, but heterobeltiosis occurred only for KPS, TKW, and GYP. The relative mid-parent heterosis （RMH） and relative high-parent heterosis （RHH） for GYP, which valued as high as 35.32 and 29.92% respectively, were the highest among all the traits mearsured. Though additive and non-additive gene effects and cytoplasmic effects （or cytoplasmic-nuclear interaction effects） were found in governing all the traits measured above, additive gene action played a predominant role. The results also showed that SN0095 was the best-general combiner for SPL and FLA, and high-general combiner for NSP amongst all the parents. Estimates of specific combining ability （SCA） showed that SN0095 could also make high-SCA combinations for GYP, such as SN0095 × Jimai 19 （JMI9）. SN0095 could be a unique and important parent in hybrid wheat breeding programs.     

小冰麦(Triticum aestivum -Agropyron intermedium)对盐胁迫和碱胁迫的生理响应

将两种中性盐（NaCl和Na₂SO₄）和两种碱性盐（NaHCO₃和Na₂CO₃）按摩尔质量比1∶1混合,在60~300 mmol L^-1盐浓度内模拟出5种强度的盐胁迫条件,在30~180 mmol L^-1盐浓度内模拟出6种强度的碱胁迫条件,并以此对小冰麦苗胁迫处理12 d。测定相对生长率（RGR）、含水量、丙二醛（MDA）、电解质外渗率、叶绿素、类胡萝卜素6项胁变指标和Na⁺、K⁺、脯氨酸、甜菜碱、有机酸5种溶质含量。结果表明,碱胁迫下小冰麦的各项胁变反应均明显大于盐胁迫下。在本试验条件下,小冰麦可耐受的最高盐胁迫浓度为300 mmol L^-1,而碱胁迫仅为150 mmol L^-1。碱胁迫造成小冰麦光合色素含量急剧下降,可能是其危害甚于盐胁迫的原因之一。碱胁迫下有机酸大量积累可能是小冰麦响应碱胁迫的特殊生理机制。试验结果证明盐、碱胁迫是两种性质不同的胁迫,不仅对植物的作用机制不同,而且植物的适应机制也不同。