偃麥草染色質(zhì)向小麥中轉(zhuǎn)移及小麥-偃麥草抗性新種質(zhì)的鑒定.pdf

1、偃麥草屬（Thinopyrum）是小麥屬的近緣屬，屬于小麥第三級基因源，它具有耐寒、耐旱、抗倒伏、抗小麥黃矮病和免疫小麥三銹（條銹、葉銹和稈銹）等特性，是小麥遺傳改良中的寶貴資源。該屬中的中間偃麥草（Thinopyrum intermedium，2n=42，基因組為EeEeEbEbStSt或JJJsJsStSt）和長穗偃麥草（Th.elongatum，2n=14，基因組為EeEe）均免疫或高抗小麥多種病害，是人們在小麥改良中利用最廣泛的

2、兩個(gè)物種。人們已經(jīng)通過染色體工程的方法，將這兩個(gè)物種基因組中的Bdv2、Lr19、Sr26、Cmc2和Wsm1等優(yōu)良基因轉(zhuǎn)入到小麥背景中，創(chuàng)制了一批附加系、代換系和易位系等優(yōu)質(zhì)資源。然而，目前能夠檢測小麥背景中偃麥草染色質(zhì)的分子標(biāo)記還很少，尚需更多的創(chuàng)新小偃麥新種質(zhì)以滿足現(xiàn)代小麥抗病、高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)育種的需求。
　　本研究以分子染色體工程方法以偃麥草屬優(yōu)異基因向小麥中轉(zhuǎn)移為目的，開展了偃麥草E染色體（臂）與St染色體（臂）的分子標(biāo)記篩

3、選和新型小麥-偃麥草漸滲系的鑒定工作。建立的分子標(biāo)記可快速有效地鑒定小麥-偃麥草漸滲系中的E染色體（臂）與St染色體（臂）。鑒定出的抗小麥條銹病和白粉病的新型小麥-偃麥草雙二倍體和代換系等材料為小麥改良提供了豐富的基因資源。具體研究結(jié)果如下：
　　1.偃麥草E染色體（臂）與St染色體（臂）分子標(biāo)記的建立及應(yīng)用：（1）利用第1到第7同源群的258對EST-SSR引物、46對PLUG引物和30對STS引物對中國春和長穗偃麥草以及一套中

4、國春-長穗偃麥草附加系進(jìn)行篩選，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，37對EST-SSR引物、5對PLUG引物以及1對STS引物可以在中國春和長穗偃麥草中擴(kuò)增出多態(tài)性，并且這些多態(tài)性帶都可被定位在長穗偃麥草單染色體（臂），這些多態(tài)性帶可作為分子標(biāo)記用來檢測小麥背景中的長穗偃麥草染色體（臂）。（2）利用第1到第7同源群EST-SSR和PLUG引物對中國春、擬鵝觀草和中間偃麥草進(jìn)行PCR擴(kuò)增，結(jié)果顯示，46對EST-SSR引物和39對PLUG引物可以同時(shí)在擬鵝觀草和

5、中間偃麥草中擴(kuò)增出多態(tài)性條帶，說明這些多態(tài)性帶來自St染色體。利用篩選出的這些引物對含有St染色體組的物種、St染色體代換系及其雜交后代進(jìn)行PCR擴(kuò)增，結(jié)果顯示，含St染色體的材料均能擴(kuò)增出相應(yīng)的多態(tài)性條帶，表明這些多態(tài)性帶可以用作標(biāo)記檢測并追蹤小麥背景中的St染色體（臂）。（3）通過對獲得的分子標(biāo)記進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)小麥 D染色體組與中間偃麥草染色體組之間遺傳距離小于 A、B染色體組，并且中間偃麥草 E染色體在進(jìn)化過程中染色體重排現(xiàn)象頻繁

6、發(fā)生。
　　2.小麥-茸毛偃麥草新型部分雙二倍體分子細(xì)胞學(xué)及抗病性鑒定：（1）對小麥-茸毛偃麥草部分雙二倍體進(jìn)行C帶和原位雜交分析，結(jié)果顯示，茸毛偃麥草C帶帶紋較少，較難用于染色體的鑒別。而原位雜交顯示材料1520-1的染色體組為42W+8J+6St（W為小麥染色體），1508-2-1的染色體組為42W+6St+4Js+2J，Y69的染色體組為40W+4St+4J+2Js+2St/D，Y70的染色體組為42W+4St+4Js+2S

7、t/Js， L451-3-1的染色體組為40W+8St/Js+4St+2T（T為端體）。（2）應(yīng)用建立的E和St染色體1-7同源群分子標(biāo)記對上述材料進(jìn)行PCR擴(kuò)增，初步判定1520-1中的J染色體分別來自第4、5、6和7同源群，而其中的St染色體來自第5、6和7同源群。1508-2-1中的J染色體來自第4同源群，St染色體來自第3、6和7同源群，而其中的Js染色體則來自第5和6同源群。Y69中的St染色體來自于第2、4同源群， J染色體

8、來自于第3、7同源群，Js染色體來自于第5同源群，St與D易位染色體來自于第5同源群。Y70中的St染色體來自于第5、7同源群，Js來自于第4、6同源群，St與Js的易位染色體來自于第三同源群。L451-3-1分子標(biāo)記結(jié)果顯示具有多條Js與St之間的重組染色體。（3）條銹病、白粉病和赤霉病鑒定分析發(fā)現(xiàn)，條銹病抗性鑒定結(jié)果為1520-1、1508-2-1、Y70、L451-3-1為高抗條銹病，L451-3-1為高抗白粉病；1520-1、1

9、508-2-1、Y70、Y69、L451-3-1均為高抗赤霉病，這些部分雙二倍體材料相關(guān)抗性轉(zhuǎn)移工作正在進(jìn)行中。
　　3.小麥-偃麥草抗性代換系鑒定：（1）1St（1D）代換系A(chǔ)S1677的鑒定：利用分子標(biāo)記、種子蛋白凝膠電泳、順序吉姆薩C分帶-原位雜交和條銹病、白粉病調(diào)查相結(jié)合的手段對小麥-茸毛偃麥草雜交后代AS1677進(jìn)行篩選與鑒定。苗期和成株期鑒定分析發(fā)現(xiàn)，AS1677的高抗條銹病、白粉病。順序吉姆薩C帶-原位雜交分析表明A

10、S1677攜帶一對St染色體。用建立的分子標(biāo)記對AS1677、中國春、茸毛偃麥草、擬鵝觀草和中間偃麥草進(jìn)行PCR擴(kuò)增，結(jié)果表明，AS1677中的St染色體屬于第一同源群即為1St。醇溶蛋白和谷蛋白分析結(jié)果顯示AS1677缺失了染色體1D編碼的特征蛋白帶，同時(shí)，用小麥D組特異探針pAs1對AS1677進(jìn)行原位雜交的結(jié)果也顯示1D染色體丟失。因此，AS1677為新型的1St（1D）兼抗型小偃麥代換系。（2）6Js（6B）代換系X005的鑒定

11、：利用分子標(biāo)記、順序吉姆薩C分帶-原位雜交和條銹病調(diào)查相結(jié)合的手段對小麥-彭提卡偃麥草雜交后代進(jìn)行篩選與鑒定。條銹病鑒定分析發(fā)現(xiàn)編號為X005的材料高抗條銹病。用順序吉姆薩C分帶-原位雜交對7430，X005進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示7430，X005缺失了小麥的6B染色體組，同時(shí)攜帶了 Js染色體。用建立的分子標(biāo)記對 X005、中國春、7430和中間偃麥草進(jìn)行PCR擴(kuò)增，結(jié)果表明，X005中的Js染色體來自于親本7430，屬于第6同源群即為

12、6Js，同時(shí)PCR結(jié)果也顯示了X005中6B染色體的丟失。因此，X005為6Js（6B）兼抗性小偃麥代換系。
　　4.小麥-中間偃麥草染色體漸滲系鑒定遺傳分析：利用抗白粉病的1St（1D）代換系與感白粉病的綿陽11進(jìn)行雜交，獲得了抗小麥白粉病的F1雜交種，自交獲得F2和F3分離群體。對500個(gè)F3單株進(jìn)行了白粉病抗性調(diào)查，結(jié)果顯示，400個(gè)植株白粉病抗性出現(xiàn)分離，抗感植株數(shù)分別為296:104，分離比例約為3:1，推測白粉病抗性來

13、自于茸毛偃麥草1St染色體，由1個(gè)顯性基因控制。對F2及F3進(jìn)行了分子細(xì)胞學(xué)鑒定，結(jié)果表明，F(xiàn)2群體細(xì)胞學(xué)不穩(wěn)定，染色體數(shù)目變異大，端體較多；F3群體中染色體數(shù)目變異仍然較大，有單端體、雙端體、短染色體（片段）以及等臂染色體等現(xiàn)象存在，說明發(fā)生了染色體斷裂、刪除和易位等現(xiàn)象。應(yīng)用SSR、EST-SSR、STS及PLUG引物對F3群體進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)3群體中存在3種外源染色體類型：1StS/W（W為小麥染色體）和1StL/W易位系、

14、1StS和1StL端體系、1StS片段和1StL片段滲入系。原位雜交分析證實(shí)了1St/1D易位系的存在。同時(shí)，大量的分子標(biāo)記結(jié)果與醇溶蛋白，谷蛋白結(jié)果顯示，F(xiàn)3部分后代材料中存在 D組染色體端部刪除現(xiàn)象，為篩選小片段易位系和小麥刪除系提供了理論基礎(chǔ)。目前，對上述抗白粉病的小麥-中間偃麥草易位系的精確鑒定以及對抗白粉病新基因分子標(biāo)記的建立工作正在進(jìn)行中。
　　綜上，本文對偃麥草E染色體（臂）與St染色體（臂）特異分子標(biāo)記進(jìn)行了開發(fā)和

15、挖掘，獲得了一大批可用于檢測偃麥草物種染色體組的新標(biāo)記，分子標(biāo)記分析進(jìn)一步揭示了偃麥草染色體組的大量重組現(xiàn)象，易于產(chǎn)生優(yōu)異基因作為小麥染色體工程育種可持續(xù)應(yīng)用的基因源。從大批小偃材料中鑒定出了5個(gè)新型小麥-茸毛偃麥草部分雙二倍體，對小麥條銹病、白粉病和赤霉病有優(yōu)異抗性。從52個(gè)小麥-茸毛偃麥草后代和45個(gè)小麥-彭提卡偃麥草后代中分別鑒定出新型代換系A(chǔ)S1677和X005，其中AS1677抗條銹病和白粉??；X005抗條銹病。從小麥-茸毛偃