小麦与长穗偃麦草,中间偃麦草杂种及其衍生后代的细胞遗传学研究

十倍体长穗科草和六倍体中间偃麦草均含有一些基因促使部分同源的染色体之间发生配对,这些基因分布于不同的染色体组中,并具很强的传递力。小麦与长穗偃麦草杂种回交后代的部分植株在减少数分裂后期出现多条染色同时断裂现象,使不同染色体通过断口联结形成新的易位成为可能。上述二因素可能是造成小麦和偃麦草基因重组的主要原因之一。     

小麦与彭梯卡偃麦草杂种及其衍生后代的细胞遗传学研究──Ⅱ．来自小麦和彭梯卡（长穗）偃麦草及中间偃麦草杂种后代11个八倍体小偃麦的比较研究

利用染色体配对分析和酯酶及种子醇溶蛋白电泳分析研究了我国育成的１１个八倍体小偃麦,结果表明：（ａ）来源于小麦和中间偃麦草杂交后代的６个部分双二倍体中,中１和中２的偃麦草染色体组不同于中３、中４、中５和小偃７８８２９的偃麦草染色体组;（ｂ）来源于小麦和长穗偃麦草杂交后代的５个部分双二倍体中,小偃７８４的偃麦草染色体组不同于小偃６９３和小偃７６３１中的偃麦草染色体组,表明在长穗偃麦草中有两个互不相同又不同于小麦的染色体组Ｅ和Ｆ,而小偃７４３０和小偃６８中的偃麦草染色体组很可能是Ｅ和Ｆ染色体组的重组体;（ｃ）小偃７８４中的长穗偃麦草染色体组和中５及小偃７８８２９中的中间偃麦草染色体组基本相同,而中２的中间偃麦草染色体组不同于小偃６９３和小偃７６３１中的长穗偃麦草染色体组Ｆ,这意味着在长穗偃麦草和中间偃麦草中可能只有一个共同的染色体组Ｅ。部分双二倍体中酯酶及醇溶蛋白偃麦草染色体特征带的存在和发现,为这些染色体或其片段导入小麦后的鉴定提供了方便。     

长穗偃麦草中E和E1基因组高分子量麦谷蛋白基因启动子部分序列的进化分析

通过PCR克隆的方法,获得了分别来自二倍体长穗偃麦草的E基因组和四倍体长穗偃麦草的E_1基因组的4个高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)基因启动子的部分序列。序列分析表明,它们之间的同源性较高,两个x型亚基启动子序列之间只有1个碱基的差异,而两个y型亚基启动子序列完全相同,x和y型亚基启动子序列之间的长度和部分碱基位点都有差异。推测四倍体长穗偃麦草中的E_1基因组可能起源于二倍体的E基因组。与来自小麦族的A、B、D和G基因组部分亚基基因的启动子序列比较表明,小麦族的这一区域在进化上是相当保守的,不同基因组来源的序列同源性都在90％以上。经过对这些序列的聚类分析,表明长穗偃麦草的y型HMW-GS基因与其他亚基基因的进化关系较远,而x型亚基基因与一个来自小麦1B染色体的亚基基因关系最近。     

小麦-中间偃麦草6J~S/6B代换系的分子细胞学鉴定

将近缘植物的抗病基因导入小麦是改良小麦抗病性的重要途径之一,对其外源染色体进行准确鉴定能够提高外源基因的选择与利用效率。本研究分别利用小麦白粉病、条锈病菌生理小种接种、荧光原位杂交和分子标记的方法对来源于中间偃麦草的部分双二倍体TAI7047为中间亲本创制的新种质CH357进行了鉴定分析。结果显示,CH357是一个小麦-中间偃麦草6JS/6B代换系,兼抗小麦白粉病、条锈病2种病害,其抗性可能来源于中间偃麦草的6JS染色体,可以作为一个小麦白粉病和条锈病新抗源进行小麦抗性遗传改良。基于中间偃麦草第6同源群Contig序列开发了160个STS标记,其中8个可作为识别小麦-中间偃麦草异代换系CH357中6JS染色体/片段的特异标记,为中间偃麦草6JS染色体/片段的鉴定提供较为经济和方便的检测手段。     

普通小麦与长穗偃麦草的杂交育种及其遗传分析——小麦与偃麦草杂交的研究(三)

本文是普通小麦与长穗偃麦草杂交育种二十年的经验总结。内容介绍了长穗偃麦草的特性和染色体组型,克服杂交不育和杂种不育的方法,杂交育种的程序及其遗传分析和选出的小偃麦八倍体种、异附加系、异代换系与丰产抗病的小偃麦新品种。     

普通小麦与长穗偃麦草杂种及其衍生材料的细胞遗传学特性

对十倍体长穗偃麦草(Thinopyrum ponticum)与普通小麦杂交F1及其与普通小麦回交BC1F1的形态学和细胞学特性进行了分析。结果表明,长穗偃麦草与普通小麦‘兰考矮早八’衍生F1(‘兰考小偃麦’)的根尖细胞染色体数为56条;花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ染色体构型平均值为19.81Ⅰ+15.78Ⅱ+0.75Ⅲ+0.59Ⅳ;基因组荧光原位杂交(GISH)显示,兰考小偃麦中含有35条完整的长穗偃麦草和21条小麦染色体。‘兰考小偃麦’/‘科育818’和‘兰考小偃麦’/‘Cp02-3-5-5’杂交F1的根尖细胞染色体数及其所遗传的长穗偃麦草染色体数分别为50~52和16~22条,且存在染色体易位;花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ平均染色体构型为14.54Ⅰ+17.40Ⅱ+0.55Ⅲ+0.14Ⅳ,平均49.4%的细胞出现多价体(三价体或四价体)。这些材料为创造小麦-长穗偃麦草新种质奠定了基础。     

基于高通量测序的长穗偃麦草功能分子标记发掘和分析

长穗偃麦草是小麦重要的近源物种,含有丰富的抗逆基因,广泛地应用于小麦的遗传改良育种。本研究利用高通量测序,获得长穗偃麦草的转录组测序信息,利用比较基因组学方法研究其与小麦、水稻和玉米等作物的遗传关系,评估它们之间的亲缘关系。同时,将长穗偃麦草的高通量序列比对到小麦基因,利用软件Freebayes和SAMtools/Bcftools发掘功能基因的变异位点,并对这些含有变异位点的功能基因进行注释分析,揭示长穗偃麦草优异性状形成的分子机制,这将为长穗偃麦草优异基因资源的开发和应用奠定重要基础。     

偃麦草属三个种的染色体组研究

本文综合应用体细胞染色体分带、杂交一代 PMc MI 染色体构型统计和同工酶分析,研究了偃麦草属三个种的染色体组构成。结果表明:中间偃麦草不含与小麦同源的 B 组,有两个组部分同源,其染色体组可用 xE_1E_2表示。长穗偃麦草(10x)也不含 B 组,有四个组两两部分同源,是部分同源异源十倍体,染色体组公式为 xE_1E_1F_1F_2。四倍体偃麦草的两个染色体组间缺少同源性。     

普通小麦-中间偃麦草TAI-27中附加染色体的显微切割及特异性探针的筛选

试验以长穗偃麦草基因组DNA为探针 ,与普通小麦 中间偃麦草TAI 2 7进行染色体原位杂交 ,表明有 4条与长穗偃麦草同源的染色体 ;以P .stipifolia (St)基因组DNA为探针 ,有 4条与St同源的染色体 .这说明TAI 2 7中有 4条St染色体 .TAI 2 7是异代换 附加系 .对TAI 2 7中附加的中间偃麦草染色体进行显微切割 ,并建立其微克隆库 ,从中筛选获得了中间偃麦草的特异性探针 ,同源性分析表明该序列为一新序列 .这为进一步筛选抗病、抗逆和优质基因打下基础 .     

中间偃麦草的染色体组构成研究

本文通过系统的细胞遗传学研究、体细胞Ｎ带研究分析了中间偃麦草的染色体组构成,结果表明：中间偃麦草不含小麦的Ｂ组染色体,而含有两组称为远同源（Ｄｉｓｔａｎｔｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓ）的染色体组,这两组远同源的染色体不是来自二倍体长穗偃麦草的Ｅ染色体组。     

小麦-中间偃麦草双体异附加系的鉴定

利用形态学、细胞学、A-PADE和RAPD方法,对5个小麦-中间偃麦草(Thinopyrum intermedium)双体异附加系Line 1、Line 4、Line 10、Line 14和Line 15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(PMCMⅠ)染色体构型为2n=22 Ⅱ,具有高度的细胞学稳定性;形态学鉴定和A-PADE电泳分析证明,Line 1和Line 15可能附加了中间偃麦草第7部分同源群的染色体,Line 10和Line 14可能附加了中间偃麦草第1部分同源群的染色体,Line4则可能同时存在多种染色体变异;RAPD分析表明,在供试的100个随机引物中,有5个引物S21、S29、S57、S121和S152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。     

普通小麦-百萨偃麦草(Thinopyrum bessarabicum)二体异附加系的选育与鉴定

为转移与利用百萨偃麦草耐盐、抗病等优良基因,用普通小麦中国春-百萨偃麦草双倍体与中国春杂交,通过染色体C-分带、分子原位杂交并结合减数分裂中期I的染色体配对分析,从回交后代中选育出一套小麦-百萨偃麦草二体异附加系。对这套异附加系进行的鉴定与分析表明,各附加系除添加了一对百萨偃麦草染色体外,小麦的21对染色体未见明显变化。各附加系所添加的百萨偃麦草染色体在减数分裂中期I配对基本正常,仅有少量单价体,其自交后代中外源染色体亦能正常传递。这说明所培育的这套二体异附加系在细胞学上已相对稳定,暂分别编号为DAJ1、DAJ2、DAJ3、DAJ4、DAJ5、DAJ6和DAJ7。各异附加系中百萨偃麦草染色体在小麦族中的部分同源群归属和百萨偃麦草耐盐抗病基因在染色体上的定位研究正在进行之中。     

中间偃麦草的GISH分析

以染色体组为E^eE^e的二倍体长穗偃麦草（Thinopyrum elongatum,2n=2x=14)、染色体组为E^bE^b的二倍体比萨偃麦草（Th.bessarabicum,2n=2x=14）、染色体组为StStStSt的四倍体拟鹅冠草（Pseudoroegneiria strigosa,2n=4x=28)的总基因组DNA为探针,对中间偃麦草（Th.intermedium)进行GISH分析。结果表明,中间偃麦草是由2个亲缘关系较近的染色体组、1个亲缘关系较远的染色体组构成;中间偃麦草所含的亲缘关系较近的染色体组分别与二倍长穗偃麦草染色体组E^e、比萨偃麦草染色体组E^b、以及1个亲缘关系较远的染色体组与拟鹅冠草染色体组St基本相似,但不完全一样,因此,中间偃麦草的染色体组用E^etE^etE^btStSt表示。     

长穗偃麦草优异基因的染色体定位及应用

长穗偃麦草比较公认的有2个种,即二倍体长穗偃麦草(Thinopyrum elongatum,2n=2X)和十倍体长穗偃麦草(Thinopyrum ponticum,2n=10X),是重要的小麦近缘种,具有抗病、抗寒、抗旱、耐盐碱等优良性状。因其基因组中蕴含许多对小麦品种改良极为有用的基因,且易与小麦杂交等优势,多年来长穗偃麦草一直作为小麦遗传改良的优良种质资源而备受关注。本文对长穗偃麦草的基因组研究及其在小麦的抗逆、抗病和提高光合能力、产量及高分子量谷蛋白(HMW-GS)含量等方面的应用做了综述,为其基因组中优异基因的进一步开发和利用提供了理论依据。     

中间偃麦草染色体组构成的同工酶研究

应用聚丙烯酰胺凝胶电泳,研究了带有不同染色体组的各种小麦和中间偃麦草的酯酶、苹果酸脱氢酶、酸性或碱性磷酸酶同工酶的酶谱。通过对各酶谱与染色体组的对比分析表明,中间偃麦草不含与小麦B组或D组同源的染色体,而可能含有两组分别与小麦A组和提莫菲维小麦G组有些同源性的染色体。中间偃麦草的染色体组构成可用E_(A1)E_(A2)N_G或E_(G1)E_(G2)N_A表示。     

用顺序GISH-FISH 技术鉴定小麦-中间偃麦草小片段易位系

利用顺序基因组-重复序列原位杂交技术对1个来自中3不育系和普通小麦恢75杂种后代稳定株系H96276-2的染色体组成进行了分析。以中间偃麦草（Agropyronintermedium）基因组DNA为探针的荧光原位杂交结果表明,H96276-2的体细胞中有42条染色体,包括20对小麦染色体和1对小麦-中间偃麦草易位染色体,中间偃麦草染色体的易位片段位于1对小麦染色体的端部。进而用重复序列探针pSc119进行第2次荧光原位杂交,证明H96276-2中的中间偃麦草染色体易位片段位于小麦2B染色体的短臂上。     

一个小麦-中间偃麦草异代换系的形态学和细胞学鉴定

中间偃麦草含有丰富的优良基因,在小麦的遗传改良中具有重要利用价值。对从中间偃麦草与小麦品种烟农15杂种后代(BC2F4)中选育的小麦种质系山农0095进行形态学和细胞学鉴定,结果表明：山农0095株高78cm,穗长17．3cm,旗叶长36．3cm,旗叶宽3．03cm,茎杆粗壮,繁茂性好,既长又宽的旗叶、长圆锥型穗是其显著的形态学特征;其根尖细胞染色体数日为2n=42,花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ(PMC M Ⅰ)染色体构型为2n=21Ⅱ;它与普通小麦的杂种FⅠPMC M Ⅰ绝大多数细胞出现2个单价体,没有观察到多价体,平均染色体构型为2n=20．08Ⅱ 1．84Ⅰ。以上结果表明,山农0095是一个小麦-中间偃麦草的双体异代换系。     

用分子标记定位源于中间偃麦草的小麦抗黄矮病基因

利用生物素标记的中间偃麦草基因组总DNA作为探针 ,对以L1为抗源的抗黄矮病小麦新品系H960 642的有丝分裂中期染色体进行原位杂交 ,结果表明 :H960 642是纯合的小麦 中间偃麦草易位系 ,携有抗黄矮病基因的中间偃麦草染色体片段易位到小麦染色体端部 .采用小麦第 7部分同源群上的 8个RFLP探针进行Southern分析 ,结果表明 :H960 642的小麦 7D染色体长臂末端片段被中间偃麦草染色体 7X长臂末端片段所取代 ,即该染色体为T7DS·7DL -7XL ,易位断点位于Xpsr680和Xpsr965之间 ,距着丝点的遗传距离约 90～ 99cM .筛选出了与 7X上抗黄矮病基因紧密连锁的RFLP标记psr680和psr687.将该抗黄矮病基因定位于 7XL端部、RFLP遗传图Xpsr680与Xpsr687位点附近 .Ep 1同工酶分析结果佐证了RFLP分析结果 .     

硬粒小麦、提莫菲维小麦与四倍体长穗偃麦草属间杂种的形态和细胞遗传学研究

首次获得硬粒小麦（Triticum durum Desf),提莫菲维小麦（T.timopheevi Zhuk)与四倍体长穗偃麦草（tetraploid Elytrigia elongata)的属间杂种,杂交当代结实率分别为5．29％和1．41％,杂种均表现为多年生,具很强的生活力,形态上呈双亲中间类型,杂种F1自交不育,用普通小麦,硬粒小麦回交,以硬粒小麦为母本的F1均获得交种子,杂种F1花粉母细胞减数分裂中期I染色体配以构型分别为：13．78I＋6．87II＋0．147III,9．10I＋9．11 II＋0．20III,F1形成的二价体主要是四倍体长穗偃麦草染色体之间配对所致,并推测四倍体长穗偃麦草具促进小麦部分同源染色体配对或抑制小麦ph基因作用的特殊遗传系统。     

小麦—中间偃麦草双体异附加系的选育及形态学和细胞学鉴定研究

应用在小麦品种烟农15与中间偃麦草杂交的五个世代群体中直接筛选2n=22Ⅱ植株的方法,获得11个双体异附加株,分别命名为DAL1、DAL2、……、DAL11。双体异附加株的细胞学稳定性较强,外源染色体传递频率高。形态学和细胞学鉴定结果表明：DAL1、3、5、6、8、9、10、11等8个异附加系中附加的可能是中间偃麦草第2部分同源群的染色体。 其中,DAL5、9、10、11是同一种异附加系,DAL6和DAL8为同一种异附加系,DAL3可能与之相同;DAL1与上述7个异附加系均不同。DAL2和DAL4可能分别附加了中间偃麦草第5部分同源群的1对染色体,但二者在形态上存在差异。DAL7可能附加了中间偃麦草第7部分同源群的1对染色体。旗叶卷曲是异附加系DAL、3、5、6、8、9、10、11共有的形态标记。11个异附加系可作为进一步研究和转移中间偃麦草有益基因的良好中间材料。