西藏半野生小麦遗传多样性研究进展以及原位保存的建议

1995-1998年对277份西藏半野生小麦的研究表明西藏半野生小麦形态类型多样、断穗特征稳定,是六倍体小麦中独特的小穗下节位断裂的裸粒型断穗小麦.在性状聚类中,它与栽培小麦各居一群,泾渭分明,明显特点是断穗性强、成熟早、穗密度偏稀,植株较高,千粒重偏低.通过等电聚焦同功酶分析显示,14个生化位点中有10个位点存在遗传多样性;在RFLP分子标记中,第3、4、5、6、7同源群表现多态性,但只有在第5、6、7同源群染色体长臂或短臂上与栽培品种存在不同,因而断穗基因可能存在于5S、5L、6L或7S染色体之一上.西藏半野生小麦中有4.5%的材料具有中抗和高抗白粉病能力;蛋白质、赖氨酸含量均超过对照2～5个百分点.建议在不同海拔的加查县和察隅县建立西藏半野生小麦的原位保存点.     

利用SSR标记分析云南、西藏和新疆小麦的遗传多样性

用185对SSR引物对52份中国西部特有小麦的遗传多样性进行了研究分析。在31份云南小麦材料中,共检测到488个等位变异,每一个SSR引物可检测到1至9个等位变异,平均为2.64个;平均PIC值为0.2764。在15份西藏小麦材料中,共检测到472个等位变异,每个引物可扩增出1到8个等位变异,平均为2.55个;平均PIC值为0.3082。在6份新疆小麦材料中,共检测到308个等位变异,每一个SSR引物可检测1到5个等位变异,平均为1.66个;平均PIC值为0.1944。185对SSR引物在云南、西藏和新疆小麦的21条染色体、7个部分同源群和3个染色体组上检测到的等位位点的多态性存在明显差异。云南、西藏和新疆小麦均以3B染色体较高,而1D染色体最低;在7个部分同源群中,均以第三部分同源群最高,第六部分同源群最低;在A、B和D染色体组上,均以B染色体组最高,D染色体组最低,A染色体组居中。利用185对SSR引物计算了云南、西藏和新疆小麦群体内及其群体间的遗传距离(GD)和平均遗传距离,结果显示,西藏小麦和云南小麦群体内的平均遗传距离要高于新疆小麦,而云南小麦和西藏小麦间的平均遗传距离低于两者与新疆小麦的平均遗传距离。聚类分析结果也表明,云南小麦和西藏小麦的亲缘关系较近,但两者与新疆小麦的亲缘关系相对较远。     

利用RFLP分子标记确定导入小麦的鹅观草(R. kamoji)染色体的部分同源群归属

选用来自小麦族7个部分同源群的26个DNA探针对45个小麦-鹅观草衍生后代株系及鹅观草、中国春和扬麦5号亲本进行RFLP分析,结果表明16个小麦-鹅观草异附加系、异代换系或可能的易位系中所涉及鹅观草染色体分别属于第1、3、5、6、7部分同源群。小麦-鹅观草异染色体系中导入的成对鹅观草染色体能够较稳定地遗传给后代。K139、K141、K214、K218、K219、K224二体附加系所添加的鹅观草染色体属第1部分同源群,但K214和K218所添加的鹅观草染色体与K219、K224的添加的鹅观草染色体分别来自鹅观草不同的染色体组。K147端体添加系涉及鹅观草第1部分同源群染色体长臂,而K139、K141和K147所涉及的鹅观草染色体长臂分别来自鹅观草3个不同的染色体组。鹅观草U染色体与小麦第1部分同源群有同源关系,属第1部分同源群的鹅观草染色体尤其是其长臂与赤霉病抗性有关。鹅观草第1部分同源群与第6部分同源群染色体之间可能涉及重排。K203添加的2条鹅观草染色体分别与第1和6部分同源群同源。K166导入鹅观草染色体涉及第5部分同源群短臂。K177（2n=41,20Ⅱ I）中,所渗入的鹅观草染色质涉及第5（5L）、6（6S）、7（SL）部分同源群。鹅观草S、H和Y3个染色体组间具部分同源性。     

小麦亲缘种属添加系耐低磷胁迫性状鉴定与基因染色体定位

采用苗期缺磷和全营养对照处理,以70个中国春—野生亲缘种属二体添加系及中国春为材料,根据苗期表观遗传性状、磷吸收率和利用率相对生物量对其进行耐低磷胁迫能力筛选鉴定和基因染色体定位。结果表明:大麦4H和长穗偃麦草7E染色体上携带有耐低磷胁迫的优异基因;长穗偃麦草6E、黑麦1R和6R、卵穗山羊草4Ug和6Mg、易变山羊草4Sv染色体携带促进小麦根系生长发育的基因;拟斯比尔托山羊草5S和簇毛麦4V染色体分别携带高磷吸收率和磷利用率的基因。通过染色体工程技术,可以将携带耐低磷胁迫基因的外源染色体片段导入普通小麦,为小麦耐低磷胁迫育种和了解植物耐低磷胁迫的分子机理奠定基础。     

西藏半野生小麦高分子量麦谷蛋白亚基组成分析

应用SDS-PAGE分析了50份西藏半野生小麦(Triticum aestivum ssp.tibetanum Shao)的高分子量麦谷蛋白亚基等位基因组成。结果表明,43份材料的HMW-GS组成是同质的,7份材料为异质。供试材料共有7种HMW GS组合,以Null、7 8、2 12为主要类型,占所分析材料的68．4％。在Glu-1位点共检测到10种等位基因,Glu- A1位点2种,Glu～B1位点4种,Glu～D1位点4种。Null(96％)、7 8(80．4％)和2 12(94．9％)分别是Glu-A1、 Glu-B1和Glu～D1位点上主要的等位基因。在Glu-B1位点还新发现2个亚基,暂时分别命名为8*和7**。说明西藏半野生小麦中存在着较广泛的HMW-GS等位基因变异,是小麦品质育种潜在的可利用的遗传资源。     

中国特有小麦Gli-1、Gli-2和Glu-1位点的遗传多样性(英文)

运用APAGE和SDS_PAGE方法 ,研究了 32份中国特有小麦Gli_1、Gli_2和Glu_1位点的遗传多样性。在 1 4份云南铁壳麦 (Triticumaestivumssp .yunnaneseKing)中 ,共出现 8种醇溶蛋白带型和 3种高分子谷蛋白带型。在 9份西藏半野生小麦 (T .aestivumssp .tibetanumShao )中 ,发现 9种醇溶蛋白带型和 4种高分子谷蛋白带型。在 9份新疆稻麦 (T .petropavlovskyiUdacz.etMigusch .)中 ,观察到 9种醇溶蛋白带型和 5种高分子谷蛋白带型 ,其中 1份新疆稻麦 (稻麦 2 )具有Glu_D1编码的新亚基 2 .1 1 0 .1。在这 3种中国特有小麦群体中 ,Gli_1位点分别检测出 1 0、1 4和1 1个等位基因 ;Gli_2位点各具有 1 1、1 4和 1 2个等位基因 ;Glu_1位点也分别出现 5、6和 8个等位基因。云南铁壳麦、西藏半野生小麦和新疆稻麦群体内的Nei’s遗传变异系数分别为 0 .3798、0 .56 2 5和 0 .56 93。这些结果说明 ,与云南铁壳麦相比 ,西藏半野生小麦和新疆稻麦群体内的遗传变异相对较大。     

小麦低分子量谷蛋白亚基基因5′侧翼保守序列染色体组特异性DNA变异的分析及验证

根据33个低分子量麦谷蛋白亚基(LMW-GS)基因5′侧翼序列的相似性进行聚类分析, 可将其划分成8个类群, 这与基于N末端推导氨基酸序列进行的类群划分结果完全一致. 序列比对发现, 各类群基因5′侧翼保守序列间存在DNA多态性, 共发现34个多态性位点, 其中18个为潜在单核苷酸多态性位点(SNPs, single nucleotide polymorphisms). 除1个LMW-GS类群之外, 其余7个类群的5′侧翼序列均具有类群特异性DNA变异位点. 根据类群间的DNA多态性对这7个类群设计了特异引物, 利用普通小麦(Triticum aestivum L.)品种中国春及其第1同源群双端体系对其进行染色体定位分析, 揭示了1AS, 1BS和1DS上分别有第2, 1和4类群. 对PCR产物的克隆测序进一步验证了不同染色体组上的LMW-GS基因类群间5′侧翼序列具有特异性. 这些结果表明, LMW-GS基因的编码区及其5′侧翼保守序列可能是协调进化的. 本文报道的7对引物可对7类LMW-GS基因的完整编码区进行特异扩增, 因而能在小麦复杂的遗传背景下有目的地对某一类LMW-GS基因进行分离克隆, 这有助于弄清单个LMW-GS对小麦品质的贡献. 同时, 在小麦育种中, 这些标记对于有效地选择与品质密切相关的LMW-GS组分有一定应用价值.     

西藏小麦耐盐性鉴定及分析

在3种不同盐胁迫浓度下对161份来源于西藏的小麦材料进行了苗期耐盐性鉴定,其中有147份西藏半野生小麦及14份密穗小麦。以普通小麦耐盐品种荼淀红麦和盐敏感品种P194341为对照。在147份西藏半野生小麦中有14份表现为耐盐,占9．5％。14份密穗小麦中没有发现耐盐材料。在这161份材料中还发现了3份对盐胁迫浓度梯度不敏感的品种。结果表明,我国特有的西藏半野生小麦中蕴藏有丰富的耐盐种质,它们可供小麦耐盐育种用做亲本。     

普通小麦-簇毛麦6V代换系45S rDNA和5S rDNA位点的FISH分析

采用顺序基因组原位杂交和双色荧光原位杂交技术,对普通小麦-簇毛麦6v代换系K0736的45S rDNA和5S rDNA基因位点进行了分析.结果表明,该代换系2n=42,有1对簇毛麦6V染色体,为6V/6A代换系,45S rDNA位点有8对,位于7对染色体上.5S rDNA位点有6对,分别位于6对染色体上.在1AS、1BS、5DS的端部同时存在458 rDNA和5S rDNA位点,并在物理位置上紧密相邻.同时讨论了rDNA位点的数目和分布位置存在变异的可能因素.     

波兰小麦和矮兰麦45S rDNA和5S rDNA基因位点FISH分析

采用双色荧光原位杂交技术, 以45S rDNA和5S rDNA基因为探针, 对波兰小麦(Triticum polonicum L.)和矮兰麦(T. turgidum L. cv. Ailanmai)进行了分析。结果表明, 高秆波兰小麦(T. polonicum L. High)和矮兰麦的45S rDNA和5S rDNA基因位点高度一致, 都显示4个45S rDNA和6个5S rDNA基因位点; 矮秆波兰小麦(T. polonicum L. Dwarf)的45S rDNA基因位点与高秆波兰小麦和矮兰麦也一致表现出4个位点, 而其5S rDNA基因位点有8个。同时讨论了rDNA基因位点的数目和分布位置在种间和种内存在差异的原因。     

小麦-鹅观草第一部分同源群染色体渗入系鉴定与基因组归属分析

鹅观草（Roegneria kamoji,2n=42,SSHHYY）是小麦异源六倍体野生近缘种,对小麦赤霉病具有良好抗性,是改良小麦赤霉病抗性的重要遗传资源。通过远缘杂交,将鹅观草第一部分同源群染色体上的抗赤霉病基因Fhb6导入普通小麦。由于第一部分同源群染色体包含1S、1H和1Y三条染色体,为研究这些同源染色体对小麦赤霉病抗性的影响,筛选出4个鹅观草第一部分同源群染色体特异分子标记,通过PCR扩增鹅观草属不同野生种的基因组DNA,明确了抗赤霉病Fhb6基因位于鹅观草1Y#1染色体。进一步利用分子细胞遗传学技术从中国春与鹅观草的后代中选育出5份涉及鹅观草1Y#2和1S#2染色体的渗入系材料。其中：21RK?1为二体异代换系DS1Y#2(1A),21RK?2为二体异代换系DS1S#2（1D）,21RK?3为二体异附加系DA1S#2,21RK?4为1S#2和TW·1S#2S的双单体附加系,21RK?5为纯合TW·1S#2S易位系。这些新种质为小麦抗赤霉病基因的发掘及遗传改良奠定了基础。     

水稻穗颈维管束及穗部性状的QTL分析

以籼稻(Oryza sativa L. ssp. indica ZYQ8)和粳稻(O. sativa ssp. japonica JX17)的杂交F1代花培加倍的DH群体为材料考察了该群体的穗颈节大小维管束数、一次枝梗数、每穗颖花数、穗颈节顶部直径和穗长,并用该群体构建的分子图谱进行数量性状座位(QTL)分析.检测到控制大维管束的3个QTL (qLVB-1、qLVB-6和qLVB-7)分别位于第1、第6和第7染色体;控制小维管束的2个QTL (qSVB-4和qSVB-6)分别位于第4和第6染色体;控制一次枝梗的4个QTL (qPRB-4a、qPRB-4b、qPRB-6和qPRB-7)分别位于第4 (2个)、第6和第7染色体;每穗颖花数的3个QTL (qSPN-4a、qSPN-4b和 qSPN-6)分别位于第4 (2个)和第6染色体上;穗颈节顶部直径的5个QTL (qPTD-2、qPTD-5、qPTD-6、qPTD-8和qPTD-12)分别位于第2、第5、第6、第8和第12染色体;穗长的3个QTL (qPL-4、qPL-6和qPL-8)分别位于第4、第6、第8染色体上.其中qLVB-6、qSVB-6、qSPN-6、qPTD-6和qPL-6均位于第6染色体的G122-G1314b之间;qPL-8和qPTD-8位于第8染色体的GA408-BP127a之间;qPRB-4a和qSPN-4a位于第4染色体的G177-CT206之间;qPL-4和qSPN-4b位于第4染色体CT404-CT500之间;qSVB-4所在的区间与qPL-4、qSPN-4b和qPRB-4b所在的区间相邻.     

西藏小麦耐盐性鉴定及分析

在3种不同盐胁迫浓度下对161份来源于西藏的小麦材料进行了苗期耐盐性鉴定,其中有147份西藏半野生小麦及14份密穗小麦.以普通小麦耐盐品种茶淀红麦和盐敏感品种PI94341为对照.在147份西藏半野生小麦中有14份表现为耐盐,占9.5%.14份密穗小麦中没有发现耐盐材料.在这161份材料中还发现了3份对盐胁迫浓度梯度不敏感的品种.结果表明,我国特有的西藏半野生小麦中蕴藏有丰富的耐盐种质,它们可供小麦耐盐育种用做亲本.     

小麦的外源染色体鉴定

通过染色体原位杂交、RFLP分析和染色体重双端体分析,对在小麦遗传育种研究中具有重要理论和应用价值的VE161小麦不育异代换系及其附加系进行了染色体鉴定.结果表明,VE161小麦代换的或附加的外源染色体为来自长穗偃麦草的4E染色体,被代换的小麦染色体为4B.过去曾鉴定为7B,可能是由于VE161早代染色体易位较多所致.同时发现,VE161小麦在5B,7B和1D所在的3个部分同源群中仍有染色体相互易位存在,为进一步研究VE161小麦促进部分同源染色体配对的机制、不育的机制和应用奠定了基础.     

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。     

水稻穗颈维管束及穗部性状的QTL分析

以籼稻 (OryzasativaL .ssp .indicaZYQ8)和粳稻 (O .sativassp .japonicaJX17)的杂交F1代花培加倍的DH群体为材料考察了该群体的穗颈节大小维管束数、一次枝梗数、每穗颖花数、穗颈节顶部直径和穗长 ,并用该群体构建的分子图谱进行数量性状座位 (QTL)分析。检测到控制大维管束的 3个QTL (qLVB_1、qLVB_6和qLVB_7)分别位于第 1、第 6和第 7染色体 ;控制小维管束的 2个QTL (qSVB_4和qSVB_6 )分别位于第 4和第 6染色体 ;控制一次枝梗的 4个QTL (qPRB_4a、qPRB_4b、qPRB_6和qPRB_7)分别位于第 4(2个 )、第 6和第 7染色体 ;每穗颖花数的 3个QTL (qSPN_4a、qSPN_4b和qSPN_6 )分别位于第 4(2个 )和第 6染色体上 ;穗颈节顶部直径的 5个QTL (qPTD_2、qPTD_5、qPTD_6、qPTD_8和qPTD_12 )分别位于第 2、第 5、第 6、第 8和第 12染色体 ;穗长的 3个QTL (qPL_4、qPL_6和qPL_8)分别位于第 4、第 6、第 8染色体上。其中qLVB_6、qSVB_6、qSPN_6、qPTD_6和qPL_6均位于第 6染色体的G12 2_G1314b之间 ;qPL_8和qPTD_8位于第 8染色体的GA40 8_BP12 7a之间 ;qPRB_4a和qSPN_4a位于第 4染色体的G177_CT2 0 6之间 ;qPL_4和qSPN_4b位于第 4染色体CT40 4_CT5 0 0之间 ;qSVB_4所在的区间与qPL_4、qSPN_4b和qPRB_4b所在的区间相邻。     

花生45S rDNA和5S rDNA的染色体定位研究

对四粒红和蜀花四号花生材料进行了核型分析,四粒红为2B核型,核型公式为2n=4x=40=38m＋2sm（4SAT）;蜀花四号为1B核型,核型公式为2n=4x=40=40 m（2SAT）。利用双色荧光原位杂交技术,对45S rDNA和5S rDNA这两个材料有丝分裂中期染色体上的物理位置进行了定位分析。定位结果表明,四粒红有6对45S rDNA位点,位于A2L、A7S、A9L、B3L、B7S、B8L（A和B分别代表基因组A和基因组B,L和S代表长臂和短臂,数字代表染色体序号,下同）;2对5S rDNA位点,位于A3S和B3S;蜀花四号有5对45S rDNA位点,位于A2L、A9L、B3L、B7S、B9L;2对5S rDNA位点,位于A3S和B3S。花生的45S rDNA位点具有可变性,5S rDNA则相对保守。     

小麦MBD基因家族的鉴定和特征分析

MBD蛋白是一类与甲基化DNA结合的反式作用因子,在植物生长发育调控过程中发挥重要功能。该研究以‘中国春’小麦为材料,利用生物信息学方法分析了小麦基因组中MBD基因家族成员的组成、序列特征、染色体定位和表达模式,利用qRT-PCR技术分析TaMBD6和TaMBD9基因的时空表达模式。结果显示:(1)小麦MBD基因家族包含16个成员(44个基因位点)分布于第1、2、5、6和7号染色体群;聚类分析表明,小麦MBD蛋白分别属于第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ和Ⅷ亚类,其中第Ⅱ、Ⅲ和Ⅷ亚类的MBD蛋白含有5个识别甲基化DNA的保守位点;基因结构分析显示,小麦MBD基因家族成员的内含子数目在1～10之间,启动子区域普遍存在光响应和激素应答元件,且基因组结构特征在同一亚类内高度相似。(2)RNA-Seq数据的基因表达谱分析显示,小麦MBD基因家族多数成员在穗和籽粒发育早期均有较高的表达水平,而且部分成员对干旱和热胁迫有明显响应。(3)qRT-PCR分析显示,TaMBD6和TaMBD9的3个部分同源基因在不同组织间差异表达,但均在幼穗中表达量最高。结果表明,小麦MBD基因可能在小麦发育及非生物胁迫响应过程中发挥调控功能,为进一步探讨小麦MBD基因的功能奠定了基础。     

小麦—大赖草易位系的RFLP分析

利用辐射、花药培养及杀配子基因效应已创制出一系列小麦-大赖草易位系.为在其中找出可能的纯合易位系、明确易位所涉及的相关染色体以及易位断裂点的确切位置,利用了已被定位于小麦7个部分同源群染色体长、短两臂上的67个探针进行了RFLP分析,结果鉴定出3个纯合的易位系:T1BL*7Lr#1S、T4BS*4BL-7Lr#1S和T6AL*7Lr#1S.其中,易位系T1BL*7Lr#1S和T6AL*7Lr#1S中染色体7Lr#1的断裂点位于标记MWG808和标记ABG476.1之间,而1B和6A染色体上的断裂点都在着丝粒附近.易位系T4BS*4BL-7Lr#1S中染色体7L#1的断裂点位于标记BCD349和标记CDO595之间,4B染色体断裂点则位于标记CDO541和标记PSR164之间的长臂上.     

人工合成小麦Am3大穗多粒QTL的发掘与利用

穗粒数是小麦的重要产量性状之一,本研究以人工合成双二倍体小麦Am3为供体,普通小麦品种莱州953为受体,培育出了高穗粒数BC5F1导入系,以导入系后代75个BC5F1为材料,利用复合区间作图法对其进行穗部性状的QTL定位。共检测到2个控制穗长、4个控制小穗数、2个控制穗粒数的QTL位点,贡献率分别为1％～22％、1％～9％和1％～15％。其中穗长和穗粒数分别有1个QTL能在两年重复检测到。并且在1A染色体上检测到同时控制小穗数和穗粒数的QTL,穗长和小穗数的QTL被定位在4A染色体上同一个区域,表明这2个位点是与穗部性状有关的热点区域。本研究发现的QTL多为来自Am3的新位点,对于小麦改良将具有重要价值。