在六倍体小麦的异源多倍化早期微卫星侧翼序列迅速发生了改变

在异源多倍体形成的早期, DNA序列和基因的表达迅速发生了改变. 以异源六倍体小麦为例, 比较了四倍体小麦与节节麦合成六倍体小麦前后, 位于普通小麦D染色体组不同染色体臂上的特异性引物揭示的微卫星位点变化特点. 结果表明, 从四倍体小麦与节节麦杂交, 将A, B与D染色体组结合在一起并加倍得到AABBDD的六倍体小麦这一“剧烈事件”中: (ⅰ) 微卫星的侧翼序列发生了变化, 导致出现了供体物种没有的新带纹或供体物种的带纹消失, 其中, 供体物种的带纹消失是主要的. (ⅱ) 供体物种的带纹消失不是随机的, 而是四倍体小麦消失频率远高于节节麦的频率, 即发生在A, B染色体组的消失频率比发生在D染色体组的频率高得多. (ⅲ) 微卫星侧翼序列的变化在多倍化的早期(F₁代或S₁代)就开始发生. 由此看来, 微卫星两边的侧翼区域在多倍化过程中很活跃, 是容易发生变化的区域. 微卫星的生物学功能可能与多倍体进化过程有关, 微卫星两边的侧翼区域在多倍化过程的早期迅速发生有方向性的改变可能有利于新形成异源多倍体的迅速进化, 从而使不同染色体组在遗传上迅速达到协调.     

普通小麦7B染色体两类低拷贝专化DNA序列的特性

研究表明, 多倍体小麦基因组中存在一类低拷贝、染色体专化的DNA序列, 其在多倍体形成时常表现出不稳定性.这类序列被认为在异源多倍体的建立和稳定中起着关键作用.为进一步研究这一问题, 对通过染色体显微切割从普通小麦( Triticum aestivum L.)中分离的5个7B染色体专化DNA序列的特性进行了研究.以这些序列为探针对大量的多倍体小麦和它们的二倍体祖先物种进行了Southern杂交分析.结果表明, 这些序列可被分为两种类型:其中的4个序列与所有的多倍体物种均杂交, 但是在二倍体水平上, 它们却只与和多倍体小麦B基因组紧密相关的物种杂交, 这说明这些序列是在二倍体物种分化以后产生的,然后垂直传递给多倍体; 其中的1个序列与所有的二倍体及多倍体物种均杂交, 暗示在多倍体形成后这些序列从A和D基因组中消除了. 用这一序列分别与一个人工合成的六倍体和四倍体小麦进行Southern杂交的结果表明, 序列消除是一个迅速的事件而且很可能与这些序列的甲基化状态有关. 认为这些低拷贝的染色体专化序列对于多倍体形成后部分同源染色体之间的进一步分化起着重要作用.     

普通小麦7B染色体两类低拷贝专化DNA序列的特性

研究表明 ,多倍体小麦基因组中存在一类低拷贝、染色体专化的DNA序列 ,其在多倍体形成时常表现出不稳定性。这类序列被认为在异源多倍体的建立和稳定中起着关键作用。为进一步研究这一问题 ,对通过染色体显微切割从普通小麦 (TriticumaestivumL .)中分离的 5个 7B染色体专化DNA序列的特性进行了研究。以这些序列为探针对大量的多倍体小麦和它们的二倍体祖先物种进行了Southern杂交分析。结果表明 ,这些序列可被分为两种类型 :其中的 4个序列与所有的多倍体物种均杂交 ,但是在二倍体水平上 ,它们却只与和多倍体小麦B基因组紧密相关的物种杂交 ,这说明这些序列是在二倍体物种分化以后产生的 ,然后垂直传递给多倍体 ;其中的 1个序列与所有的二倍体及多倍体物种均杂交 ,暗示在多倍体形成后这些序列从A和D基因组中消除了。用这一序列分别与一个人工合成的六倍体和四倍体小麦进行Southern杂交的结果表明 ,序列消除是一个迅速的事件而且很可能与这些序列的甲基化状态有关。认为这些低拷贝的染色体专化序列对于多倍体形成后部分同源染色体之间的进一步分化起着重要作用。     

黑麦属植物的遗传学研究与利用

黑麦属植物具有许多有益基因,将其导入普通小麦对于拓宽其遗传基础具有重要作用。概述了黑麦属的分类及分布,分析了黑麦属染色体的C分带核型、DNA重复序列及其与小麦染色体间的部分同源关系,论述了黑麦有益基因导入小麦的途径及其在小麦改良中的应用,阐明了全面挖掘黑麦有益基因是未来努力的方向。     

小麦-黑麦1BL/1RS 易位染色体和外源染色体在两个三属杂种中的减数分裂行为

利用荧光原位杂交技术分析了两个小麦-外源种杂种花粉母细胞中1BL/1RS 小麦-黑麦易位染色体和外源染色体包括中间偃麦草(Thinopyrum intermedium (Host) Barkworth & DR Dewey)、簇毛麦(Haynaldia villosa (L.) Schur)染色体的减数分裂行为. 我们首次发现:在减数分裂后期, 1BL/1RS 小麦-黑麦易位染色体发生错分裂,形成两个易位染色单体. 这种错分裂导致易位染色单体在末期Ⅰ分配到两个正在形成的细胞核内,错分裂的易位染色单体进一步形成微核,并在四分体期观察到黑麦的微核出现.从贵农22×遗4095 的F2代植株中检测到一个2n=41的植株,其含有一对1BL/1RS 小麦-黑麦易位染色体,核型分析表明,其中一条黑麦染色体臂比另一条的黑麦染色体臂短1/3左右.在遗4212×遗4095的F2代中检测到一个具有中间偃麦草染色体小片段易位到小麦染色体端粒部分的小麦-中间偃麦草易位植株.这可能是由于在减数分裂过程中发生非均等分裂导致小麦-黑麦1BL/1RS易位染色体的黑麦染色体段臂缺失1/3及小麦-中间偃麦草非罗伯逊易位.在两个杂种F2植株中,中间偃麦草染色体分布频率为39.6%, 簇毛麦染色体分布频率为43.4%, 1BL/1RS 小麦-黑麦易位染色体分布频率分别为51.8%和56.6%.实验结果表明,1BL/1RS 小麦-黑麦易位染色体与外源染色体包括中间偃麦草、簇毛麦染色体在减数分裂过程中没有相互作用.小麦-黑麦1BL/1RS易位染色体在减数分裂过程中可以发生错分裂,并导致杂种后代黑麦染色体臂发生缺失.这对于培育以小麦为背景含有不同长度的黑麦1R染色体短臂的种质及小麦-外源染色体非罗伯逊易位的小片段易位系具有指导意义.     

K型小麦细胞质雄性不育保持系T911289中外源遗传物质的初步鉴定

利用荧光基因组原位杂交(GISH)、生化标记和DNA分子标记技术对普通小麦(Triticum aestivum L.)K型细胞质雄性不育保持系T911289的染色体组成进行了鉴定与分析.GISH鉴定和黑麦特异散布重复序列的检测结果表明, T911289的外源遗传物质来源于黑麦,黑麦1RS上的微卫星引物SCM9扩增结果和醇溶蛋白酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)分析、低分子量谷蛋白的SDS-PAGE分析均表明,T911289所含的黑麦遗传物质来源于1RS;A-PAGE和SDS-PAGE分析及小麦1BS上的微卫星引物的扩增结果则表明,T911289缺少1BS染色体臂或1BS末端片段.GISH鉴定结果还表明,T911289中有罗泊逊易位和小片段易位两种类型的杂交信号,说明T911289是一个异质群体,但其罗泊逊易位又不同于生产上大面积应用的1BL/1RS易位,它可能是一种新的复杂易位形式.虽然T911289的小片段易位未能打破优异农艺性状与劣质蛋白基因的连锁,但这种小片段易位的获得将有利于小麦和黑麦的遗传研究,这种种质材料在育种上的应用价值也应优于罗泊逊易位.     

含有抗白粉病基因的黑麦染色体小片段向小麦的转移

利用感白粉病的小麦品种绵阳11的纯系和黑麦自交系R12杂交, 在其单体附加系自交后代的BC₁F₅株系中选择小麦－黑麦异源易位系。根据已报道的黑麦特异重复序列pSc20H设计了一对特异引物, 用PCR方法鉴定了300个单体附加系的自交BC₁F₅株系,发现其中70个株系含有黑麦染色体成分。一个来源于6R单体附加系的小麦株系96Ⅱ691-830-98表现了对白粉病的高度抗性, PCR方法鉴定证明其含有黑麦染色体成分。对该株系作进一步的基因组原位杂交(GISH)鉴定, 证明它的一对染色体的端部含有黑麦染色体的小片段。这一结果指出, 含有抗白粉病基因的黑麦染色体6R小片段被引入了小麦。研究表明利用单体附加诱导染色体小片段易位是一种有效的方法。利用PCR和GISH原位杂交相结合的方法可提高检测外源染色体小片段的准确性和选择效率。     

黑麦基因组特异DNA片段的分离与SCAR标记的建立

以2个栽培黑麦、2个野生黑麦和4个普通小麦为材料,从200条10碱基RAPD随机引物中筛选出1条引物H11。H11在小麦中有1条低拷贝扩增,而在黑麦中却有极高拷贝的扩增。对H11在黑麦中的高拷贝片段进行克隆、测序,得其全长679 bp,记作OPH11679。根据OPH11679设计特异PCR引物H11-F和H11-R,对小麦族其它物种和含黑麦染色质的物种进行验证,结果发现仅含黑麦染色质的物种能扩增出长为643 bp的片段(命名为pScH643),这表明该片段为黑麦所特有。用H11-F和H11-R对1套中国春-Imperial黑麦附加系等进行扩增,结果显示pScH643片段分布在黑麦整套染色体上,这一结果在小麦-黑麦异源材料的分析中得到进一步验证。即表明pScH643片段可作为SCAR标记用于含黑麦染色质材料的检测。     

K型小麦细胞质雄性不育保持系T911289中外源遗传物质的初步鉴定

利用荧光基因组原位杂交(GISH)、生化标记和DNA分子标记技术对普通小麦(triticum aestivum L.)K型细胞质雄性不育保持系T911289的染色体组成进行了鉴定与分析。GISH鉴定和黑麦特异散布重复序列的检测结果表明,T911289的外源遗传物质来源于黑麦,黑麦1RS上的微卫星引物SCM9扩增结果和醇溶蛋白酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A—PAGE)分析、低分子量谷蛋白的sDS_PAGE分析均表明,T911289所含的黑麦遗传物质来源于1RS;A-PAGE和SDS-PAGE分析及小麦1BS上的微卫星引物的扩增结果则表明,‘1911289缺少1BS染色体臂或1BS末端片段。GISH鉴定结果还表明,‘1911289中有罗泊逊易位和小片段易位两种类型的杂交信号,说明T911289是一个异质群体,但其罗泊逊易位又不同于生产上大面积应用的1BL／1RS易位,它可能是一种新的复杂易位形式。虽然T911289的小片段易位未能打破优异农艺性状与劣质蛋白基因的连锁,但这种小片段易位的获得将有利于小麦和黑麦的遗传研究,这种种质材料在育种上的应用价值也应优于罗泊逊易位。     

小麦-黑麦染色体小片段易位的诱导

利用单体附加在小麦中的黑麦染色体引起遗传不稳定性的现象,设计了一个用单体附加系作工具诱导小麦-黑麦染色体小片段易位的系统方法.在小麦品种绵阳11号和黑麦自交系R12的单体附加系的自交后代中,用改良的C带技术分析了1283个植株,发现有63个2n=42的植株含有黑麦染色体或小麦-黑麦臂间易位染色体,占观察植株总数的4.29%.还发现20个植株,2n=42,C带分析不能证明它们含有黑麦染色体成分,但在某些性状上,与其小亲本相比,却发生了显著的变异.用DNA原位杂交方法却发现了黑麦染色体的小片段插入了小麦的某一染色体,形成了小片段易位(简称SS易位).插入片段的物理学图显示,易位的黑麦DNA片段既可接在小麦染色体的端部,也可插入中部的不同位置.     

phKL基因和Ph2基因缺失重组体的创制及其与小麦外源物种杂种的染色体减数分裂观察

以小麦(Triticum aestivum L.)双端体3DL为细胞学标记,用具有phKL基因的小麦地方品种"开县罗汉麦"为受体连续回交,将促进小麦外源部分同源染色体配对的phKL基因和Ph2基因缺失重组在一起获得了重组体phKL+Ph2.这种重组体有正常的育性.与只有phKL基因的小麦材料相比,重组体与外源物种AegilopsvariabilisEig.或黑麦(Secale cereale L.)杂种的部分同源染色体配对水平显著增加,表明Ph2基因的缺失体与phKL基因可能存在加性效应.部分同源染色体配对水平的增加表现在棒状二价体、环状二价体和三价体的数量变多而单价体数量减少.单价体的减少主要是由于棒状二价体的增加所造成的.在小麦外源遗传转移中,运用重组体pHKL +Ph2可能比单纯应用Ph2缺失或phKL基因材料更理想.当与具有ph1b基因的材料比较时发现,重组体phKL+Ph2与 Ae.variabilis(或黑麦)杂种的部分同源染色体配对水平显著降低,这主要是由环状二价体和多价体的减少造成的,但是棒状二价体数量表现增加(与Ae.variabilis杂种)或达到类似水平(与黑麦杂种),这一有趣的发现从表现型上证明了Ph1基因与Ph2或phKL基因在诱导部分同源染色体配对时的遗传作用机制存在差异.     

phKL基因诱导小麦远缘杂种部分同源染色体配对的能力界于Ph1和Ph2基因突变体之间

在普通小麦地方品种自然群体中天然存在促进小麦-外源杂种部分同源染色体配对的基因phKL。本研究比较了phKL基因与人工Ph基因突变系诱导小麦-Aegilops variabilis及小麦-黑麦杂种部分同源染色体配对的作用大小。研究结果表明,诱导小麦- Ae. variabilis(或黑麦)部分同源染色体配对作用的顺序是ph1b > phKL > ph2b > ph2a,即phKL基因的作用介于Ph1与Ph2突变体之间。     

一个小麦/黑麦小片段染色体易位系的创制和鉴定

从来源于组合中国春×M27(1R/1D代换系)的8个花粉植株中,分离获得1个小麦/黑麦小片段染色体易位系WER-1-2。C-分带和荧光原位杂交结果显示,衍生出易位系WER-1-2的原始麦穗含有1条完整的1R染色体和1条长臂端部发生缺失的1R染色体,所缺失部分易位到1条小麦染色体上。推断该易位是在花药离体培养过程中经异常有丝分裂产生的,而非异常减数分裂的产物。表明花药培养是一条实现异源染色体小片段(基因)向小麦转移的快速而有效的途径。     

小麦-黑麦二体异附加系分子细胞遗传学鉴定

用形态学、细胞学、生化及分子标记方法,对小麦-黑麦衍生系N9436-0-2-29-9进行分析鉴定,以明确N9436-0-2-29-9中具体的外源染色体。农艺性状调查表明,N9436-0-2-29-9衍生系在形态上整齐一致,对白粉病高抗;细胞学分析表明,染色体构型稳定,2n=44=22Ⅱ;Giemsa C-分带和SSR分析表明,该衍生系为普通小麦-黑麦6R二体异附加系;高分子量麦谷蛋白亚基分析(HMW-GS)表明,外源染色体的导入使该衍生系的高分子量麦谷蛋白亚基表达受到影响。     

外源海岛棉DNA导致陆地棉性状的变异

近年来,将不同生物的具有已知遗传信息的DNA片段导入受体生物细胞内,并使之表达的研究正在方兴未艾。尽管有些人对这类工作的结果提出质疑,引起争论,可这几年来,许多用植物组织培养系统做的遗传转化研究工作相继表明,外源DNA片段可以通过转化的手段导入植物细胞内,部分片段似还可被受体细胞DNA整合乃至表达。 在我国,自1977年底起开展协作,用小麦、水稻、棉花等作为受体亲本,配成各种亲缘不同的组合,进行外源DNA片段的导入研究,初步获得了一些结果。本文报道了利用外源海岛棉DNA注射导入陆地棉后,在其子代中产生变异的情况。     

phKL基因和Ph2基因缺失重组体的创制及其与小麦外源物种杂种的染色体减数分裂观察

以小麦(Triticum aestivum L.)双端体3DL为细胞学标记,用具有phKL基因的小麦地方品种“开县罗汉麦”为受体连续回交,将促进小麦外源部分同源染色体西己对的phKL基因和Ph2基因缺失重组在一起获得了重组体phKL Ph2^-。这种重组体有正常的育性。与只有phKL基因的小麦材料相比,重组体与外源物种Aegilops variabilis Eig．或黑麦(Secale cereale L.)杂种的部分同源染色体配对水平显著增加,表明Ph2基因的缺失体与phKL基因可能存在加性效应。部分同源染色体配对水平的增加农现在棒状二价体、环状二价体和三价体的数量变多而单价体数量减少。单价体的减少主要足由于棒状二价体的增加所造成的。在小麦外源遗传转移中,运用重组体phKL Ph2^-可能比单纯应用Ph2缺铁或phKL基因材料更理想。当与具有phlb基因的材料比较时发现,重组体phKL Ph2^-与Ae,variabilis(或黑麦)杂种的部分同源染色体配对水平显著降低,这丰要是由环状二价体和多价体的减少造成的,但是棒状二价体数量表现增加(与Ae.variabilis杂种)或达到类似水平(与黑麦杂种),这一有趣的发现从表现型上证明了Ph1基因与Ph2或phKL基因在诱导部分同源染色体配对时的遗传作用机制存在差异。     

小麦-黑麦代换系5A/5R与6A/6R杂交诱导同祖染色体配对与易位的研究

利用两个小麦-黑麦异源双代换系DS 5A/5R与DS 6A/6R杂交,探讨同祖染色体配对的可能性与创制小麦黑麦异源易位系.在方法上对杂种F1的减数分裂行为进行研究,观察5R与5A、6R与6A配对频率,探讨同祖染色体配对规律.实验结果看到杂交F1减数分裂中有22.91%的花粉母细胞有小麦染色体(ABD组)与黑麦染色体(R组)发生同祖配对.在F2及以后世代,通过染色体C分带、原位杂交检测,选择小麦-黑麦易位系.在F2代的45株中检测到9株有易位,易位频率为20%,是目前小麦-黑麦染色体易位频率最高的.染色体易位有的来源于同祖配对的交换,有的来源于单价体错分裂或断裂的重建.     

远缘杂交不需幼胚培养的节节麦基因型

六倍体普通小麦(Triticum aestivum L.)是由四倍体小麦(T.turgidum L.)与二倍体节节麦(Aegilops tanschii Coss.)天然杂交然后通过染色体自然加倍形成的异源多倍体.这一起源过程是自然条件下天然发生的,它的发生需要具备一个条件:四倍体小麦与节节麦的天然杂交种子在自然条件(没有幼胚培养等)下能够正常发芽出苗.我们从22份节节麦中发现来自中东的节节麦AS60在不采用幼胚培养等人工辅助条件下,仍然很容易与四倍体小麦和普通小麦产生有生活力的杂种植株.AS60与四倍体小麦的杂交种子有50.0%(反交)及57.1%(正交)的种子,而AS60与六倍体普通小麦的杂交种子则有45.5%不需幼胚培养等措施能够正常发芽、生长.AS60的这一特征正是普通小麦起源过程需要的条件.最后探讨了这一发现对小麦遗传改良和对普通小麦起源演化研究的意义.     

远缘杂交在转移有益基因创造小麦新种质中的潜力

本文概述了小麦远缘杂交技术的发展以及这些技术的应用对以染色体易位方式转移有益基因到普通小麦中的影响。通过对小麦远缘杂交技术的总结得出,普通小麦由于本身的多倍性,对导入的外源基因具有较强的调节能力,是适宜外源有益基因导入的良好受体。而以染色体易位方式转移有益基因是创造小麦新种质的有效方法之一,许多研究也表明以染色体易位导入的外源有益基因更利于表达。近几年,随着细胞遗传学以及其它生物技术的发展,对小麦族进化途径和染色体间的亲缘关系进一步明确,从而更便于进行易位导入的技术选择,也使得染色体易位鉴定方法更趋完善。现在已有更良好的外源导入的工具和方法,使多基因控制的外源优良性状导入成为可能。在小麦远缘杂交中染色体易位所具有的上述优势,在育种实践中逐步显示出来,为开拓小麦种质资源开创了一条新的途径。     

野黄瓜与栽培黄瓜正反交异源四倍体序列消除的初步研究

不同分类群的异源多倍体在二倍化过程中, 正反交序列消除往往表现出不同特征, 暗示了在不同物种中, 核质互作在多倍体进化过程的作用不同。利用13对EcoRI-NN/MseI-NNN选择性引物, 对野黄瓜Cucumis hystrix (2n=24)与栽培黄瓜C. sativus (2n=14)的正反交F1、异源四倍体及二倍体亲本DNA进行AFLP分析。结果表明: 杂交后代基因组的杂合性诱发了F1与异源四倍体广泛的序列消除; 细胞质可能会影响部分亲本序列消除的频率, 但是正反交在序列消除频率上差异不显著, 并且在序列消除时间(均始于F1代)及消除类型上也表现出一致性, 表明核质互作并不是影响序列消除的主要因素; 实验还发现, 正反交不能影响序列的倾向性丢失, 染色体数少的黄瓜条带易发生丢失。