几种鉴定小麦背景中1BL/1RS易位染色体的分子标记方法比较研究

对 5种鉴定小麦背景中 1BL/ 1RS易位染色体的生化和分子标记方法 ,包括酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳 (A PAGE)、荧光原位杂交 (FISH)、RFLP、RAPD和特异性PCR标记 ,进行比较研究。结果表明 ,RAPD标记难以鉴定1BL/ 1RS易位染色体 ,其余均能对 1BL/ 1RS易位染色体进行有效鉴定。FISH和RFLP方法比较费时费力且花费昂贵 ,而特异性PCR标记又在一定程度上受模板DNA浓度的影响。据此认为 ,APAGE方法是一种简单、快速、经济有效的方法 。

1BL/1RS易位染色体在小麦育种中的应用效果分析

以来自周麦18/郑麦9023//周麦18回交组合的156个BC1F5品系(其中89个为1BL/1RS易位系,67个为非1BL/1RS易位系)为材料,研究1BL/1RS易位染色体在小麦育种中的应用效果。结果表明,在周麦18和郑麦9023遗传背景下,1BL/1RS对产量及其相关性状无显著正向作用,与SDS沉淀值呈显著负相关,与白粉病抗性无显著相关。说明来自"洛类"系统的1BL/1RS易位染色体在特定的遗传背景和生态条件下没有明显值得继续利用的价值。

黑麦CenH3基因克隆及其在小麦1BL/1RS易位染色体中的定位

黑麦属蕴藏着丰富的遗传变异和改良小麦品质的优良基因,将其导入小麦能够拓宽小麦的遗传基础、丰富小麦的遗传变异。研究采用分子克隆技术获得黑麦CenH3基因的部分片段,并进行探针标记;同时,利用基因组原位杂交技术,筛选出32份1BL/1RS易位系;应用FISH技术,检测筛选出的32份1BL/1RS易位系,所有1BL/1RS易位系材料中均未发现黑麦CenH3基因的信号。但是,应用小麦和黑麦特异着丝粒DNA序列进行FISH检测,2个信号均出现在所有被检测的1BL/1RS易位系材料中。说明1BL/1RS易位染色体在不同小麦背景和山羊草属背景中均能稳定遗传,1RS的着丝粒DNA序列对1BS的着丝粒DNA序列有很好的补偿性,与小麦CenH3蛋白相互作用指导易位染色体正确分离且稳定遗传。

1BL·1RS染色体对小麦产量和品质相关性状的遗传效应分析

【目的】1BL·1RS易位系在小麦育种中应用广泛。解析不同背景下1BL·1RS染色体对小麦产量和品质相关性状的遗传效应,并分析其在生产中的应用情况,可为高产优质小麦的选育提供参考。【方法】244份自然群体和科农9204、京411为亲本构建的188个重组自交系(KJ-RIL-F8)为试验材料,利用1RS特异性分子标记对其进行基因型鉴定,结合表型数据分析,明确1BL·1RS易位系对产量和品质遗传效应。通过分析1BL·1RS易位系在不同年代审定品种中的占比,明确其在生产中的选择利用情况。【结果】188份KJ-RILs试验材料中有74份为1BL·1RS易位系,其产量相关性状分析表明,1BL·1RS易位系在高低氮条件下均显著延长小麦抽穗期,增加籽粒含氮比、旗叶长和旗叶面积,显著降低穗粒数,而对单株穗数、千粒重和旗叶宽3个性状的影响均不显著;其品质相关性状分析表明,1BL·1RS易位系在高低氮条件下均显著提高小麦的吸水率、湿面筋含量、蛋白质含量和籽粒硬度,而对容重、延展性和沉降值3个性状的影响均不显著。244份自然群体试验材料中,有76份为1BL·1RS易位系,其产量性状效应分析表明,1BL·1RS易位系可以显著增加穗粒数、穗长和小穗数,显著降低株高,而对单株穗数、千粒重、旗叶长、旗叶宽、旗叶面积5个性状的影响均不显著。将244份自然群体试验材料按照不同麦区和品种审定时间进行分类,对1BL·1RS易位系在生产中的应用情况进行分析,结果表明,不同麦区1BL·1RS易位系的占比差异较大,从20世纪90年代开始,1BL·1RS易位系在生产中的选择利用比例开始增加。【结论】高低氮对1BL·1RS易位系的效应影响不明显。1BL·1RS易位系在KJ-RIL群体和自然群体中对产量性状的效应不一致,这可能由于两者遗传背景不同所致。

1BL·1RS特异性分子标记的筛选及其对不同来源小麦品种1RS易位染色体的鉴定

1BL·1RS易位系在我国小麦育种和生产中占有重要地位,快速而准确地鉴定1BL·1RS易位系对小麦品质改良具有重要意义。本研究选用15个1BL·1RS特异性STS、SCAR和RAPD标记及22个1RS染色体上的SSR标记,检测不同来源的1BL·1RS易位系78份以及非1BL·1RS易位系品种10份和黑麦材料3份,其中1BL·1RS易位系包括周8425B及其衍生系36份、兰考906及其衍生系5份、矮孟牛及其衍生系8份和洛类1BL·1RS易位系品种29份。结果表明,7个STS标记、1个SCAR标记、3个RAPD标记和3个黑麦SSR标记可作为鉴别1BL·1RS易位系的可靠分子标记,其中ω-sec-p1/ω-sec-p2、ω-sec-p3/ω-sec-p4、H20和SECA2/SECA3标记最好,扩增效果稳定,重复性好,条带清晰,实验操作简单。周8425B及其衍生系、兰考906及其衍生系、矮孟牛及其衍生系与洛类1BL·1RS易位系的1RS染色体在分子标记检测中没有差异。

小麦中的1BL/1RS染色体易位

1BL/1RS易位在世界小麦品种中广泛分布,在世界小麦育种特别是在中国小麦育种中占有重要地位。通过种间特定的染色体易位和替换,黑麦(SecalecerealeL.)染色体1R的短臂(1RS)已存在于大量普通小麦(TriticumaestivumL)的染色体组中,许多对农艺性状具有重要作用的基因和抗性基因由此从黑麦转入小麦基因组中。1RS主要用于转移抗真菌病害的基因,尤其是抗锈病、白粉病的基因(Yr9、Lr26、Sr31、Pm8),1BL/1RS能增加小麦根系的生物量,并可提高小麦籽粒产量和蛋白质含量。然而,由于1RS替换了1BS,造成了1BS上重要基因位点Glu-3、Gli-1的丢失和1RS上Sec-1位点的引入。Sec-1编码的γ-黑麦碱、ω-黑麦碱不能补偿Glu-3、Gli-1编码的低分子量麦谷蛋白和γ-醇溶蛋白、ω-醇溶蛋白的品质效应,引起小麦的麦谷蛋白聚合物结构的改变和数量的减少。因此,1BL/1RS易位小麦面粉的烘烤加工品质较差,从而降低了1RS易位系小麦的利用价值。另一方面1BL/1RS易位小麦面粉的可溶性纤维含量高于一般小麦,对人体有益,因此利用不含黑麦碱的改良1BL/1RS新易位来替换中国小麦品种中普遍存在的1BL/1RS易位,既可保持1BL/1RS易位系的优点又能改善其烘烤加工品质,这为提高1BL/1RS易位小麦的品质提供了新的途径。1RS片段能与异源细胞质互作导致雄性不育,这可用于小麦的杂种优势利用。本文主要阐述1BL/IRS易位的特征、检测方法、地理分布、在小麦育种中的应用以及给小麦品质带来的影响,并探讨了解决其负面影响的策略。

利用1RS特异标记和染色体原位杂交技术鉴定小麦1BL·1RS易位系

以小麦-黑麦1BL·1RS易位系(Kavkaz、山农030-1)、1AL·1RS易位系(Amigo)、荆州黑麦、八倍体小黑麦劲松49、1R-7R二体异附加系以及普通小麦中国春、辉县红、铭贤169、Chancellor等为材料,对65个黑麦1RS特异标记进行鉴定,从中筛选出8个稳定的标记,即NOR-1、SECA2/SECA3、SCSS30.2、Sec1Gene、Sec1Pro、ω-Sec-P1/P2、ω-Sec-P3/P4和IB-267,可用于检测1AL·1RS易位系或1BL·1RS易位系;另外3个特异标记O-SEC5′-A/O-SEC3′-R、IAG95-1和SCM-9可用于区别1RS来源不同的1AL·1RS和1BL·1RS易位系。利用这11个标记和染色体原位杂交技术对40份山东省近年育成小麦品种(系)进行检测,发现潍麦8号、鲁麦14、济宁13、山农664、山农优麦3号和烟农25为1BL·1RS易位系,而且是1RS的整臂易位系,未检测到1AL·1RS易位系和其他易位类型。

1RS．1BL易位染色体对小麦开花后叶片延绿特性的影响

为了探究延绿特性产生的遗传基础,利用延绿型小麦新品种川农17和小麦品种绵阳11杂交所获得的F6代43个稳定株系为材料,研究了1RS.1BL易位染色体对小麦开花后叶片延绿特性的影响。结果表明,川农17含有一对新合成的1RS.1BL易位染色体,具有开花后叶片衰老延缓和维持较长时期绿叶面积的优良特性,而绵阳11不具有这个特点。利用C-带及A-PAGE技术对川农17和绵阳11杂交的43个F6代株系进行了鉴定,发现17个延绿株系均含有1RS.1BL易位染色体,但另有8个含1RS.1BL易位染色体的植株不表现延绿特性,18个含一对1B染色体的株系均不表现延绿特性。延绿现象与1RS.1BL易位的存在呈极显著的正相关关系(r=0.6861,P<0.001)。这一结果说明小麦开花后的延绿特性是由1RS.1BL易位染色体上的基因和小麦背景基因相互作用控制的,指出川农17的1RS.1BL染色体上存在着至少一个基因控制延绿特性。

1RS/1BL易位对蓝粒小麦异代换染色体传递的影响

利用一个普通小麦与中间偃麦草形成的 4 E/ 4 D蓝粒二体代换系 ,同时也是一个 1RS/ 1BL 纯合易位系 ,与不同的普通小麦品种 (系 )杂交 ,以籽粒颜色作为标记性状 ,研究了 1RS/ 1BL 易位染色体对 4 E染色体在杂种中的传递行为的影响。结果发现 ,在杂种 F1 中 ,1RS/ 1BL易位极显著地降低了 4 E染色体通过雌雄配子传递的频率。但当1RS/ 1BL 易位染色体在杂种 F1 中以二体存在时 ,其对 4 E染色体传递的影响在雌雄配子中有所不同 ,可能会进一步降低 4 E染色体通过雌配子传递的频率 ,而在雄配子中 4 E染色体的传递频率则有所提高 ,导致 F2 籽粒颜色分离出现极显著变化。这一结果表明 ,4 E染色体在杂种中的传递强烈地受 1RS/ 1BL 易位染色体及其存在状态影响 。

小麦-黑麦1BL.1RS易位系中1BL染色体臂的变异

【目的】研究小麦-黑麦1BL.1RS易位系中1BL染色体臂的变异,为1BL.1RS在小麦育种中的进一步应用提供依据。【方法】利用GISH和FISH技术从小麦品种绵阳11(MY11)和白粒黑麦远缘杂交的后代中筛选1R(1B)代换系G1和1BL.1RS易位系G2。选用小麦染色体1B上的40对引物对亲本MY11、白粒黑麦、G1、G2以及普通小麦中国春(CS)进行SSR分析。【结果】6对引物在MY11、CS及G2中扩增出1BL的条带,在G1和白粒黑麦中未扩增出条带,其中3对引物(Xgwm259、Xbarc188,Xgwm268)在亲本MY11及后代1BL.1RS易位系(G2)中扩增出差异性的1BL条带,说明在小麦-黑麦远缘杂交产生的易位系后代中,1BL染色体臂发生变异。有13对引物在MY11、白粒黑麦和G1、G2中扩增出差异性条带,说明在小麦-黑麦远缘杂交后代中小麦微卫星发生了一定的变化;引物Xbarc8能扩增出白粒黑麦染色体1RS的特异条带,且该条带稳定出现,可以作为白粒黑麦1RS染色体识别和鉴定的分子标记。【结论】小麦-黑麦1BL.1RS易位系中1BL染色体臂发生变异,Xbarc8是鉴定白粒黑麦1RS染色体臂的新的分子标记。

T1BL.1RS易位染色体对小麦农艺性状间偏相关的影响

以三交组合（１０－Ａ／８８－１６４３／／川育１２ 号）的Ｆ９ 代群体的１１２ 个稳定株系为供试材料，研究了Ｔ１ＢＬ．１ＲＳ易位染色体对小麦农艺性状间偏相关的影响。结果表明，一些性状间的偏相关在Ｔ１ＢＬ．１ＲＳ易位系和非易位系群体内均达到显著水平，一些性状间的偏相关则仅在Ｔ１ＢＬ．１ＲＳ易位系或非易位系群体内达到显著水平，而其余各性状间的偏相关则在易位系和非易位系群体内均不显著。在Ｔ１ＢＬ．１ＲＳ易位系群体内，抽穗期与每小穗结实粒数呈极显著的负偏相关；而在非易位系群体内，抽穗期与每小穗结实粒数则呈显著的正偏相关。这些结果表明，Ｔ１ＢＬ．１ＲＳ易位染色体不仅影响性状间偏相关的程度，而且还影响偏相关的性质。

T1BL.1RS易位染色体对小麦籽粒蛋白质含量的影响

以三交组合 (10 -A/ 88- 16 43/ /川育 12号 )的F9代群体的 5 3个稳定株系为供试材料 ,研究了T1BL .1RS易位染色体对小麦籽粒蛋白质含量的影响。结果表明 ,T1BL .1RS易位系的平均籽粒蛋白质含量极显著高于非易位系。在易位系群体内 ,籽粒蛋白质含量与穗粒数和千粒重间具有显著的简单相关 ,与千粒重间具有显著的偏相关 ;而在非易位系群体内 ,籽粒蛋白质含量与所测农艺性状及经济性状间的简单相关和偏相关均不显著。这些结果说明 ,T1BL .1RS易位染色体不但影响籽粒蛋白质含量 ,而且还对籽粒蛋白质含量与部分经济性状间的简单相关和偏相关具有影响作用。

基于小麦与黑麦1BL/1RS易位的小麦染色体易位研究

综述了小麦基因组,染色体和染色体转移,小麦-黑麦1BL/1RS易位,以及利用1BL/1RS易位进行育种的研究进展。

1RS·1BL易位染色体对小麦品质特性及其地域稳定性的影响

为了探索1RS·1BL易位染色体对小麦品质特性的影响及其在不同生态地域的稳定性效应,将由含新1RS·1BL易位染色体的小麦新品种川农17和不含1RS·1BL易位染色体的绵阳11杂交后选育的一套高代自交系(RILs)同时种植于南方麦区的四川邛崃和北方麦区的河南新乡,分析各株系组在不同地域的品质特性。结果表明,1RS·1BL易位染色体的存在对面团形成时间、稳定时间和粉质质量指数均有显著的负效应,在北方麦区的负效应比南方麦区更大,达到了5%的显著性水平;降落值在不同的小麦生态区对1RS·1BL的存在显示了不同的反应,导致RILs群体中不同株系的品质特性在不同小麦生态区之间的稳定性降低。降落值在南方麦区的表现显著地低于北方麦区,部分地掩盖了1RS·1BL在南方麦区的品质效应。稳定时间在不同地域间显示了不稳定,表明稳定时间的选择存在更多的变数。但是,这些品质特性在不同株系组中的分布趋势是一致的,表明无论在哪个株系组,都有比较优质的株系存在,表明在不同的生态地域选育含1RS·1BL易位染色体的高产、抗病、优质新品种是可能的。

利用染色体C-分带和双色荧光原位杂交技术鉴定普通小麦-黑麦-簇毛麦双重易位系1RS·1BL,6VS·6AL

为改进小麦－黑麦 １ＲＳ· １ＢＬ易位系的抗病性，丰富栽培小麦品种的遗传多样性，本文通过１ＲＳ·１ＢＬ与６ＶＳ·６ＡＬ易位系杂交，在后代中利用染色体ＣＷ带技术从杂种Ｆ２中鉴定出小麦－黑麦－簇毛麦双重易位纯合体 １ＲＳ· １ＢＬ，６ＶＳ· ６ＡＬ（２ｎ＝ ４２），ＰＭＣ ＭＩ染色体平均构型为１９．１４ ＋１．８６ ，表明该易位系具有良好的细胞学稳定性；利用生物素和地高辛分别标记的黑麦和簇毛麦基因组ＤＮＡ为探针进行双色荧光原位杂交，在ＲＴＣ和ＰＭＣ中均清晰地观察到呈黄绿色的黑麦染色质和呈红色的簇毛麦染色质，小麦染色质呈蓝色，进一步证实了Ｃ－分带结果。该易位系育性正常，并具有良好的农艺性状和白粉病抗性，是同时利用１ＲＳ·１ＢＬ和６ＶＳ·６ＡＬ易位染色体进行小麦品种改良和遗传研究的有用种质。

利用小麦-黑麦1BL.1RS易位系快速筛选F_(2)群体中携带抗条锈病基因Yr15的纯合个体

【目的】为了从F_(2)分离群体中快速鉴定含Yr15基因的纯合个体,从而减少后续选择的工作量。【方法】利用感条锈病的小麦-黑麦1BL.1RS易位系与含Yr15基因的小麦品系杂交,利用基于寡核苷酸探针Oligo-1RNOR的简便NDFISH方法对F_2群体进行鉴定。【结果】可以快速筛选出不含1BL.1RS易位染色体的植株,这些植株含1对1B染色体。因1BS不与1RS发生重组,所以它们都是含有Yr15基因的纯合个体,他们的自交后代不会出现抗感分离。【结论】这一方法可以提高Yr15的应用效率。对于其他小麦染色体携带的抗病基因,也可以采用这一方式,利用不同的小麦-黑麦易位染色体,从分离世代中快速鉴定出含抗病基因的纯合个体。该方法有利于加快小麦育种进程。

小麦-黑麦1BL/1RS易位系中的染色体结构变异

用黑麦(Secale cereale L.)自交系Kustro与普通小麦(Triticum aestivum L.)品种绵阳11杂交,获得了八倍体小黑麦MK,再用绵阳11与MK回交,用基因组原位杂交(GISH)和荧光原位杂交(FISH)的方法从回交后代中筛选到含1条1BL/1RS易位染色体的植株13FT-100。为了筛选含有变异染色体的姊妹1BL/1RS易位系,用FISH方法对植株13FT-100的自交后代进行了分析。结果表明,在1个后代植株中,1条6B染色体在核仁组织区断裂,造成6BS端部缺失;而在另1个后代植株中,1条1BL/1RS易位染色体的1BL端部Oligo-p Sc119.2-1信号缺失。变异6B染色体可以用来研究6BS臂从核仁组织区到端部区段的功能,变异1BL/1RS易位染色体可以用来研究1BL的变异对1BL/1RS易位染色体发挥功能的影响。本研究结果提示,对于小麦远缘杂交后代,应多留意小麦染色体结构的变化,获得具有新型结构的小麦染色体或易位染色体可能对小麦育种研究更具重要意义。

1BL/1RS易位系在我国小麦育种中的应用

采用SDS PAGE和SCAR标记对我国小麦主产区近 30年来主要推广品种和新近育成的部分品系共 179份进行了 1BL/ 1RS鉴定 ,结果表明 :我国 2 0世纪 80年代后育成的小麦品种中约 38%为 1BL/ 1RS品种 ,其中北方冬麦区和黄淮冬麦区频率较高 ,分别为 5 9%和 4 2 % ;长江中下游冬麦区和西南冬麦区频率较低 ,均为 2 0 % ;东北春麦区未发现 1BL/ 1RS品种。大多数中、强筋小麦品种不含 1BL/ 1RS。高分子量谷蛋白亚基可能对 1BL/ 1RS对小麦加工品质的负面影响有补偿作用。选育中、强筋小麦品种一般不宜采用 1BL/ 1RS品种作亲本 ,或至少其中一个亲本应是非 1BL/ 1RS品种 ,而且要有较好的HMW GS遗传背景 ;弱筋小麦品种选育也要注意 1BL/

1BL/1RS易位对小麦产量性状和白粉病抗性的影响及其QTL分析

用PH82-2／内乡188杂交后代240个R5：6家系，按照α-lattice设计，分别种植在安阳、焦作和泰安，对产量和抗白粉病等性状进行了考察。利用SSR和蛋白标记对群体进行部分连锁作图，分析1BL／1RS易位对产量及其相关性状的遗传效应。结果表明，1BL／1RS易位系对产量、穗数／m^2和抽穗期的影响不显著；易位系的千粒重和白粉病抗性显著高于非易位系，但株高和穗粒数减少。利用复合区间作图法进行QTL分析，发现1RS携带1个降低株高的微效QTL，位于HVM20～Sec—1标记区间，可解释4．28％的表型变异；1Rs和1BL携带抗白粉病QTL，分别位于HVM20～Sec—1和Xgwm24～Xwmc320标记区间，解释4．81％和4．66％的表型变异。鉴于1BL／1RS易位对产量的正向作用不明显，其主效抗性已丧失。又对加工品质有明显的负向影响，在小麦品质育种上最好不予应用。

Glu-1和Glu-3等位变异及1BL/1RS易位与面包和面条品质关系的研究

高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)和低分子量麦谷蛋白亚基(LMW-GS)组成和1BL/1RS易位是决定小麦加工品质的关键因素。将试验Ⅰ80份和试验Ⅱ78份国内外小麦品种分别在2种和4种环境条件下种植,研究了HMW-GS和LMW-GS的组成及1BL/1RS易位对面团流变学特性、面包和面条品质的影响。结果表明,Glu-B1、Glu-D1和Glu-B3位点对面团流变学特性、面包和面条品质的效应较大,而Glu-A3位点的效应较小。单个亚基对面筋强度和面包体积的贡献大小为,在Glu-A1位点,1>2*>N;在Glu-B1位点,7+8>7+9;在Glu-D1位点,5+10>4+12>2+12;在Glu-A3位点,Glu-A3d>Glu-A3c>Glu-A3a;在Glu-B3位点,Glu-B3d>Glu-B3f>Glu-B3b>Glu-B3j。单个亚基对延伸性和面条评分的贡献大小为,在Glu-A1位点,1>N;在Glu-B1位点,20>7+9>7+8;在Glu-D1位点,4+12>5+10≥2+12;在Glu-A3位点,Glu-A3c≥Glu-A3d>Glu-A3a;在Glu-B3位点,Glu-B3b≥Glu-B3f>Glu-B3d>Glu-B3j。1BL/1RS易位对面团流变学特性、面包和面条品质皆有极显著的负面影响。