粘类非1BL／1RS小麦雄性不育系恢复性遗传规律的研究

系统考察了粘、易、偏和二角型4种异质非1BL／1RS小麦雄性不育系的育性恢复性,结果表明：(1)供试4种异质非1BL／1RS小麦雄性不育系均属易恢复、易保持不育类型;(2)以4种异质非1BL／1RS不育系为母本与同一父本或不同父本测交,其F1平均结实率与单株间结实率的变异系数呈显著负相关;(3)4种异质非1BL／1RS小麦雄性不育系,各自不育细胞质源对杂种F1的平均结实率影响程度不同,但不育胞质问恢复度差异不显著;(4)4种异质非1BL/1RS小麦雄性不育系,虽然育性载体相同,但粘、易型的育性位点、偏型育性位点和二角型育性位点各自在同一连锁群中的位置可能不同;(5)4种异质非1BL／1RS不育系和恢复系基因除主效育性基因外,亦在不同核型中存在有不等量的育性微效基因和抑制基因,其组成形式和杂交后的结合方式是粘类不育系育性恢复度高低的主要判别。     

粘类非1BL/1RS小麦CMS基因定向选择及其育性特性的研究

对携有不同不育基因的4个粘类小麦雄性不育系进行了定向选择与鉴定,并对其育性特性进行研究,以选育更具应用价值的粘类非1BL/1RS小麦雄性不育系,推动三系杂交小麦的实际应用.结果表明:(1)根尖体细胞随体鉴定和A-PAGE技术分析筛选出的SP4、莫迦小麦为非1BL/1RS类型,其它供试不育系均属于1BL/1RS类型;(2)减数分裂及成熟花粉粒形态观察,粘类非1BL/1RS小麦雄性不育系其不育性是在整个配子发育过程中连续产生的,且在B型不育细胞质背景下,SP4和莫迦小麦的花粉细胞学形态与在K、Ven型2种不育细胞质背景下的不同,B型不育细胞质背景下SP4和莫迦不育系的花粉萌发率比K、Ven型不育细胞质背景下的花粉萌发率高;(3)以不同来源不育基因培育成的粘类K、Ven型非1BL/1RS不育系育性恢复性测定发现,SP4、莫迦小麦2种雄性不育系育性恢复性有一定差异,莫迦小麦不育类型育性恢复性高于SP4.     

二角山羊草细胞质小麦雄性不育系的育性特异性分析

利用大量小麦亲本材料和优良品种(系)与具有粘果、易变、偏凸和二角山羊草细胞质的小麦雄性不育系杂交,并对其杂交F1过氧化物同工酶进行了分析,结果表明：(1)二角山羊草细胞质与小麦核内的遗传物质组成两个不同的核质互作不育系统,粘、易、偏型不育系育性基本表现一致,而二角型不育系除了与前三种不育系具有相同的1BL／1RS保持系以外,对某些小麦近缘植物的杂交后代材料还表现出育性特异性。(2)粘、易、偏和二角型同核异质不育系5-1及其与V9125杂交F1过氧化物同工酶分析表明,粘、易、偏和二角型不育系5-1过氧化物同工酶带型基本表现一致,粘、易、偏不育系5-1与V9125杂交F1过氧化物同工酶带型基本表现一致,而二角型不育系5-1杂交F1过氧化物同工酶则表现出酶带减少变弱。     

粘、易、偏型非1BL／1RS小麦雄性不育系育性恢复性研究

以粘、易、偏型非1BL/1RS不育系ms(kots)-90-110、ms(var)-90-110为母本,一些优良小麦品种（系）为父本,广泛进行测交和育性恢复性分析,结果表明：（1）粘、易、偏型非1BL/1RS不育系不同于相同细胞质背景下1BL/1RS易位型不育系,突出地表现为：不育性稳定,恢复源广泛,高恢复度恢复系在普通小麦中占较大比例,且F1育性变异幅度小,变异系数低,并可将二者视为选择优良恢复系的辅助指标（2）粘、易、偏型非1BL/1RS不育系安全克服了同质1BL/1RS不育系产生单倍体的缺点,不育系和测交F1无单倍体产生;（3）粘、易、偏型非1BL/1RS不育系持有的易恢复性特点,为常规育种的最新成果直接应用于杂种小麦组配强优势组合创造了极有利条件。     

两类二角山羊草细胞质小麦雄性不育系的细胞学研究

对具有二角山羊草(Aegilops bicornis)细胞质的同质异核1BL／1RS型小麦雄性不育系ms(Ae．bicornis)-5-1和非1BL／1RS不育系ms(Ae．bicornis)一V9125进行了花药发育细胞学分析。幼穗染色体制片显示,1BL／1RS不育系ms(Ae．bicornis)-5—1减数分裂正常,非1BL／1RS不育系ms(Ae．bicornis)-V9125减数分裂期染色体排列不整齐,出现不正常的四分体和含微核的小孢子。花药发育的细胞学观察表明,1BL／1RS不育系ms(Ae．bicornis)-5—1表现为染败,花药各壁层的发育是正常的;BC3代的非1BL／1RS不育系ms(Ae．bicornis)-V9125表现为园败,且发生了药室合并现象,从细胞学角度证明了二角型小麦不育系存在两个核质互作不育系统。     

小麦粘类雄性不育系生化标记及小孢子细胞色素氧化酶同工酶研究

对4种同核异质小麦粘类非1BL/1RS雄性不育系、保持系和恢复系的幼苗叶片、乳熟期籽粒以及不育系、恢复系和F1小孢子发育四分体至三核期花药进行了细胞色素氧化酶（COD）同工酶聚丙烯酰胺凝腔电泳（PAGE）分析。结果表明：（1）幼苗叶片COD同工酶谱带可以标记4种不育系和保持系;乳熟期籽粒COD同工酶谱带可以将4种不育系、保持系及恢复系区别开。（2）COD在不育系小孢子败育时或败育之前（单核到二核期）酶量降低,面在三核期酶量升高。（3）相同胞质背景下引入不同核恢复基因或不同胞质背景下引入桢核恢复基因,F1小孢子COD同工酶谱带之间有差异。可以将不同发育时期COD同工酶谱带作为鉴别1种不育系以及不育系、保持系、恢复系（“三系”的可靠生化标记）。     

几类异质1BL／1RS小麦雄性不育系诱导孤雌生殖性的研究

系统调查了4种异质（即偏凸,粘果,易变和二角山羊草细胞质）1BL/1RS小麦雄性不育系与其一系列异质同核系,同质异核系,异质异核系杂交,回交世代诱导孤雌生殖性的遗传变异规律,染色体分裂行为和对外表现特点,结果表明：1、异源细胞质与小麦1BL/1RS核型专一互作,有着消弱同源染色体配对,提高中期单价体细胞率的作用;2、特定细胞质背景下,专一核型内细胞单价体频率高低与诱导孤雌生殖性的频率直接相关;3、1BL/1RS易位染色体中易位片所存在系列差异以及1BL/1RS易位染色体外基因型背景不同,诱导孤雌生殖性的频率明显不同;4、提高或抑制不同杂交,回交世代间孤雌生殖频率,不育系母本或不同基因型父本有着同等重要的作用。选择最佳父母本组合杂交可明显提高或降低后代群体中的孤雌生殖性频率。     

K、V、T型小麦细胞质雄性不育系籽粒的醇溶蛋白分析

目的:通过对K、V、T型细胞质雄性不育系,保持系及其杂交种籽粒的醇溶蛋白进行A-PAGE分析,以寻找与细胞质雄性不育基因表达有关的特异蛋白。方法:A-PAGE电泳分析,凝胶浓度6.72%。结论:太911289不育系的电泳图谱与保持系相比在β区缺失一条谱带,但是在冀5418不育系的图谱中并未发现与保持系区别的谱带,这与小麦醇溶蛋白基因表达的品种特异性有关;通过对杂交种图谱的分析发现,杂交种图谱与其父本差异很大,具有很强的偏母性,同时各不育类型的杂交种间也存在一定差异。     

粘类小麦细胞质雄性不育系的RAPD分析

利用250条10-聚寡核苷酸随机引物对具粘果山羊草(Aegilops kotschyi)、易变山羊草(Ae.variabilis)、偏凸山羊草(Ae.ventricosa)和二角山羊草(Ae．bicornis)细胞质不育系及其保持系5-1的总DNA进行了RAPD多态性分析,其中31条引物对4种不育系及其保持系总DNA均无扩增,217条引物扩增条带完全相同。有2条随机引物在2种不育系之间有特异的扩增片段,其中引物S22在偏凸山羊草细胞质雄性不育系基因组DNA中扩增出分子量约为1600bp的特异带,引物S202在粘果山羊草细胞质雄性不育系基因组DNA中扩增出约1300bp特异带。线粒体基因组DNA的RAPD分析表明,4种不育系及其保持系mtDNA存在明显的差异。证明了S22—1600为偏凸山羊草细胞质不育系及其mtDNA基因组DNA的RAPD特异片段．S202—1300可能为粘果山羊草细胞质不育系及其ctDNA基因组DNA的RAPD特异片段。     

K、V、T型小麦细胞质雄性不育系叶绿体DNA的SSR分析及RuBP羧化酶活性比较

为了探讨小麦细胞质雄性不育(CMS)与叶绿体DNA(cpDNA)的关系,揭示CMS机理。以2套K、V、T型同核异质不育系(A)及其保持系(B)‘太911289’和‘冀5418’、育性恢复的F_1和各自的质供体粘果山羊草(Aegilops kotschyi)、偏凸山羊草(Aegilops ventricosa)、提莫菲维小麦(Triticum timopheevii)为试验材料,利用cpSSR引物对小麦cpDNA进行比较分析,筛选出代表不同胞质不育系的引物,探讨CMS与叶绿体的关系;同时测定由叶绿体DNA与核DNA共同编码的RuBP羧化酶的活性,为小麦K、V、T雄性不育类型的应用提供理论依据。结果表明:(1)K型、V型、T型不育系与保持系的cpDNA之间均呈现多态性,且不同的细胞质之间存在特异片段,这从DNA水平上提供了3类不育系胞质来源不同的证据,并分别找到5对和7对可以鉴定V型和T型不育系的特异引物。(2)除K型‘冀5418’与其胞质供体的cpDNA出现差异外,不育系与其胞质供体的cpDNA没有差异,而且不育系与其育性恢复的F_1代cpSSR扩增片段之间也没有差异,很好地遗传了其母本性状。(3)在起身期和开花期,不仅2套不育系的RuBP羧化酶活性显著高于保持系,且在不育系与恢复系杂交的F_1中,随着育性的恢复其RuBP羧化酶活性高于保持系而低于各自不育系;而在拔节期的不育系与保持系之间、不育系之间、以及F_1代与不育系和保持系之间的RuBP酶活性大小没有显著差异。这可能与拔节期主要是营养生长有关系。     

几类异质小麦雄性不育系育性恢复性的细胞遗传学研究

系统调查了4类异质(粘果、易变、偏凸、二角山羊草细胞质)1BL/lRS、非1BL/1RS小麦雄性不育系与其恢复系杂种F减数分裂中期Ⅰ出现单价体细胞频率,以及后期Ⅰ出现落后染色体和染色体桥细胞频率,并对中、后期染色体变异率与杂种F自交结实率进行了相关分析.结果表明(1)1BL/1RS型杂种在中期Ⅰ、后期Ⅰ染色体变异率要明显高于非1BL/1RS杂种;(2)4类异源细胞质在非1BL/1RS杂种中有着明显提高单价体细胞频率的作用;(3)在1BL/1RS杂种中,1B@1BL/1RS杂合核型染色体联会松弛,对单价体频率的影响远大于异源细胞质的影响;(4)1BL/1RS型杂种自交结实率与中期出现单价体细胞频率不直接相关,而与后期出现落后染色体和染色体桥细胞的频率呈高度负相关;(5)非1BL/1RS型杂种在减数分裂中、后期染色体行为相对稳定,易恢复且恢复度高,很有实际利用价值.     

几类异质易恢复小麦雄性不育系杂种籽粒品质研究初报

利用具有粘果出羊草（Ae.kotschyi),易变山羊草（Ae.variabilis),偏凸山羊草（Ae.ventricosa)和二角山羊草（Ae.bicornis)异源细胞质小麦雄性不育系（以下简称粘,易,偏和二角型）组配成不同组合的杂种小麦,研究这4种不育系对杂种小麦籽粒品质的影响。结果表明,由它们所配制的杂种小麦在蛋白质含量,湿面筋含量,沉淀值等性状上均高于具有普通小麦细胞质的相同核型杂种小麦,尤其粘,易型某些组合在湿面筋含量,沉淀值两性状上差异达到显著水平。因此,利用这4种不育系很有希望培育出优势,高产的杂种小麦。     

Structural and Expressional Variation Analyses of Mitochondrial Genomes Reveal Candidate Transcripts for the SV Cytoplasmic Male Sterility in Wheat (Triticum aestivum L.)

Common wheat (Triticum aestivum L.) is one of the most important crops,and intra-specific wheat hybrids have obvious heterosis in yield and protein quality.Therefore,utilization of hybrid wheat varieties offers an effective way to increase yield and nutrition.Cytoplasmic male sterility (CMS) systems are a useful genetic tool for hybrid crop breeding,and are ideal models for studying the genetic interaction and cooperative function of mitochondrial and nuclear genomes in plants (Schnable and Wise,1998;Hanson and Bentolila,2004).The breeding of hybrid wheat using male sterility caused by the cytoplasm of T.timopheevii has been studied since the early 1960's.But it is unsuccessful because there are some deficiencies in the practical application of this cytoplasm,including limited restoration resources,thin seeds,pre-harvest sprouting and lower germination rate (Wilson and Ross,1962).The Sv type of cytoplasmic male sterility (CMS-Sv) in wheat is general accessions for four types of CMS lines that were derived from four Aegilops species:Ae.kotschyi,Ae.variabilis,Ae.ventricosa,and Ae.bicornis.Based on the observation of alloplasmic lines produced in all possible combinations between 12 wheat nuclear genotypes and 47 cytoplasms of two related genera,Triticum (wheat) and Aegilops,Ogihara and Tsunewaki (1988) concluded that the D2-cytoplasm of Ae.crassa and its relatives,N-cytoplasm of Ae.uniaristata,and SV-cytoplasm of Ae.kotschyi and its relatives might be used as the alternative male sterile cytoplasm to replace the T.timopheevii cytoplasm for hybrid wheat breeding.Ikeguchi et al.(1999) proposed that spring-type hybrid wheat may be bred by combination of the 1BL-1RS chromosome and Ae.kotschyi cytoplasm with a new fertility-restorer gene discovered in a wheat variety Kitamiharu 48.Zhang et al.(1996) also proposed the use of CMS-Sv lines as the most effective male sterile cytoplasm.     

二角型非1B/1R 小麦CMS不育恢复体系的建立

通过对具有二角山羊草细胞质的1B/1R型小麦雄性不育系m s(A e.bicorn is)-5-1回交置换,获得了新型二角山羊草细胞质小麦雄性不育系m s(A e.bicor)-V 9125和m s(A e.bicor)-M 853.利用染色体制片、分子标记、原位杂交和酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳对其保持系V 9125和M 853进行分子细胞遗传学检测,并对其育性恢复性机理进行了初步研究.结果表明:(1)V 9125和M 853均为非1B/1R易位系.V 9125为小麦-簇毛麦易位系,m s(A e.bicor)-V 9125是二角山羊草细胞质与普通小麦核背景中簇毛麦外源染色体互作产生的一类新的核质互作不育系.(2)M 853为小麦-滨麦易位系,m s(A e.bicor)-M 853是二角山羊草细胞质与普通小麦核背景中滨麦外源染色体互作产生的一类新的核质互作不育系.(3)利用一些普通小麦品种(系)与这两个不育系杂交,m s(A e.bicor)-V 9125和m s(A e.bicor)-M 853仅与T 6-3杂交育性得到恢复,且恢复度较高,变异小,而与其它大部分普通小麦杂交F1表现雄性不育,且扬花期花药不外露.而m s(A e.bicor)-5-1与包括T 6-3在内的普通小麦品种(系)杂交F1育性得到不同程度的恢复.从而得出结论,二角山羊草细胞质与小麦细胞核的互作存在两个不同的不育-恢复系统.     

二角型小麦雄性不育系育性恢复性的研究

以5个同质异核二角型小麦雄性不育系ms(bicor-8222,ms(bicor)-83(37)65,ms(bicor)-偃师9号,ms(bicor)-80(6)及ms(bicor)-90-110为基本材料,与一批优良小麦品种（系）及部分亲本材料为父本进行测交,获得211个组合,考察其F1育性,结果表明;（1）5个同质异核不育系,除二角型非1B/1R不育系ms(bicor)-90-110与二角型1B/1R不育系ms(bicor)-83(37)65,ms(bicor)-偃师9号之间平均恢复度差异显著外,4个1B/1R不育系之间平均结实率差异不显著;（2）对同一不育系而言,与不同恢复系测交,其恢复度呈现连续变异;（3）同型非1B/1R不育系较1B/1R不育系恢复度普遍高;（4）对同一恢复系而言,各不育系测交F1的恢复度差异显著。