山东农业大学农学院刘树兵:小麦基因发掘与分子设计育种取得重要进展

在从农业大国向农业强国迈进的历程中,我国的农业科技工作者一直在默默努力着。近年来,随着测序技术的迅速发展,通过测序鉴定高密度单核苷酸多态性(SNP),进行全基因组关联分析已经成为水稻、玉米等重要农作物中对产量等复杂性状进行遗传解析的一种十分有效的方法。在这些作物中,由于连锁不平衡(LD)衰减距离较短,能够将一些鉴定到的数量性状位点(QTL)界定到较小的基因组区域,同时进行候选基因的鉴定与克隆。

长穗偃麦草(Agropyron elongatum,2n=14)与普通小麦间的多态性及E组染色体的特异RAPD标记

以普通小麦中国春、长穗偃麦草及其7个二体异附加系为材料,用26个10碱基随机引物进行随机扩增,以检测普通小麦与长穗偃麦草间的多态性并建立长穗偃麦草染色体特有的RAPD标记。实验结果表明:26个引物在中国春及长穗偃麦中共扩增出180条带,其中中国春121条,长穗偃麦草94条,二者相同的带只有35条,仅占19.44％,另外80.56％的带在二者间揭示了多态性,从分子水平揭示二者基因组间存在着较高水平的多态性。有三个引物OPE—05、OPF—03和OPF—15分别在两亲本间揭示了多态性,同时这一多态性带也分别出现于双二倍体及1E、3E染色体的附加系中,其片段大小分别为1300bp、700bp、400bp,因而OPE—05_(1300)、OPF—03_(700)和OPF—15_(400)分别是1E和3E染色体的特异RAPD标记,可以用来快速地跟踪鉴定1E和3E染色体并应用于偃麦草属的研究中。

利用生化及分子标记确定长穗偃麦草(Elytrigia elongatum, EE. 2n=14)染色体与小麦染色体的部分同源性

利用限制性片段长度多态性（ＲＦＬＰ）及等电聚焦（ＩＥＦ）技术确定普通小麦中国春－二倍体长穗僵麦草７个异附加系所附加的外源染色体与小麦染色体的部分同源性，共有８个生化标记，１３个ＲＦＬＰ标记在亲本间揭示了多态性。结果表明：长穗堰麦草的ＩＥ、２Ｅ、３Ｅ、４Ｅ、 ５Ｅ、６Ｅ、７Ｅ ７条染色体分别与小麦染色体的 １、２、３、４、５、６、７ ７个部分同源群具有部分同源关系，堰麦草的ＩＥ与７Ｅ、５Ｅ与７Ｅ染色体间可能发生过重排。同时，研究还分别将Ｅｓｔ－Ｅ５、Ｅｓｔ－Ｅ８位点定位于３ＥＬ，Ｐｅｒ－Ｅ１定位于７Ｅ， Ｐｅｒ－Ｅ４定位于５Ｅ，β－Ａｍｙ－Ｅ１定位于４ＥＬ染色体，并进一步将α－Ａｍｙ－Ｅ１位点定位于６Ｅ染色体长臂上。

高等植物的遗传作图

遗传作图是基因研究的一项重要内容，自８０年代后期以来，由于分子标记技术的出现，人们在遗传作图方面取得了巨大进展。本文论述了用形态学标记，生化标记和分子标记进行遗传作图的原理。

植物的微卫星标记及其应用

微卫星标记是继RFLP、RAPD等分子标记之后出现的又一种新型分子标记技术 ,近年来在植物的基因组研究中应用越来越多 ,本文综述微卫星标记的产生。

利用小偃麦附加系对Agropyron elongatum生化标记进行染色体定位

Isoelectric focusing (IFF) technique was used to locate biochemical loci in Agropyron elongatum by using wheat Agropy ron elongatum addition lines. There were six loci being located initially in all. The structural genes of Est E5 and Est E8 were located in 3EL, β Amy 1 in 4EL, Per E1 in 7E, and Per E4 in 5E. The α Amy E1 was relocated in 6EL. Chromosome location of these genes provide evidence of homoeology between wheat groups 3, 4, 6 and Agropyron elongatum chromosome 3E, 4E, 6E, respectively. It also indicated that chromosome rearrangement probably took place between 1E and 7E chromosomes during the evolution of the E genome.

中间偃麦草与小麦杂交后代的细胞遗传学及性状特点的研究

中间偃麦草作父本与小麦品种烟农15杂交,杂交结实率为71.72%,杂种F_1在套袋自交和开放授粉条件下的自交结实率分别为32.05%和69.66%.以7个杂种世代为材料,对其细胞遗传学及性状特点进行研究.结果表明,F_1 PMC MI染色体的联会频率较高,细胞内二价体数目平均为13.73个;F_2和F_3两个自交世代的染色体数目显著多于双亲和F_1的42条;杂种F_1在减数第二分裂后期染色体发生不对称分离,形成了不完全减数配子.回交可较快地削减后代染色体数目,回交次数太多会导致偃麦草染色体较快地丢失,这不利于双亲染色体的重组.不同杂种世代均有不同频率的四价体出现,因此在中间偃麦草与小麦杂交后代中可能存在较为普遍的染色体易位重组.杂种后代性状分离复杂,变异类型丰富.

小麦种质抗纹枯病性的鉴定和遗传分析

对 2 30 0余份创新种质和引进种质抗纹枯病性进行了自然病地初步鉴定 ,在此基础上选择一批抗性好的种质进行了人工病圃鉴定 ,共评选出高抗纹枯病的创新种质 1 4份 ,引进种质 2 1份。这些种质都兼抗 1～ 3种其它病害 ,且综合性状较好 ,其中创新种质最好 ,为抗纹枯病育种提供了良好的种质材料。还选用 7个抗纹枯病性不同的亲本组配成半双列杂交组合。采用 Hayman法进行了基因效应分析 ,结果表明 ,抗纹枯病性的遗传不符合加性—显性模型。

小麦重要农艺性状QTL近等基因导入系的选育

为了给小麦重要农艺性状的QTL精细定位及克隆奠定基础，对14个从Am3／莱州953（轮回亲本）BC4F4代选出的性状表现与莱州953有明显差异的导入系的8个农艺性状进行了分析，结果表明，每个导入系有2～7个性状与莱州953差异显著，在每一个性状上都有对农艺性状具有正向效应的位点。利用143对在亲本之间具有多态性的SSR标记对导入系舍有的供体片段进行了检测，其中54对引物在14个导入系中检测到了供体片段，每一个导入系中检测到3～15个纯合供体片段及0～4个杂合片段，占受体基因组的1．7％～14．2％，平均为7．48％。利用其中10个导入系与轮回亲本莱州953杂交的F2群体进行了单片段代换系的选择，从10个导入系的F2中检测到40个供体片段，并从F2群体中选出了22个单片段代换系。这些导入系及其单片段代换系可用于有益的QTL的发掘、QTL精细定位与作图等研究。

小麦黄矮病抗性基因及其鉴定研究进展

小麦黄矮病是由大麦黄矮病毒(BYDV)引起的小麦主要病害之一。本文综述了小麦BYDV的主要抗性基因及其鉴定方法、微克隆和微分离的研究进展,并对其形态学标记、生化标记、细胞学分析和分子标记鉴定方法的原理及应用作了比较分析。本文最后还提出了目前研究中存在的问题及其未来研究的方向。

小麦高分子量谷蛋白亚基14+15、7+8、1与部分品质性状关系的研究

利用在1B上含有14+15亚基的山农910180-3和在1B上含有7+8亚基的淄麦12进行杂交,在分离后代中得到14+15和7+8亚基的株系,分析了它们的蛋白质含量、干、湿面筋含量、沉降值和面筋指数等5个品质性状。品质性状的方差和相关性分析表明:14+15亚基对小麦加工品质有很大的贡献,好于7+8亚基,14+15亚基对沉降值的贡献比7+8亚基大18％;对14+15亚基、1亚基与面筋指数的关系也进行了探讨,结果表明,虽然14+15、1亚基对沉降值的影响是一致的,但对面筋指数的影响却不相同;在高蛋白质水平上,蛋白质含量和沉降值呈显著负相关;沉降值与面筋指数呈正相关。

抗白粉病小麦-中间偃麦草异附加系的细胞学和RAPD鉴定

利用细胞学和ＲＡＰＤ 技术，对从小麦与中间偃麦草杂种后代中选育的抗白粉病异附加系ＤＡＬ６６ 进行了鉴定。结果证明ＤＡＬ６６ 根尖细胞染色体数为４４，花粉母细胞减数第一分裂中期（ＰＭＣ ＭＩ）染色体构型为２ｎ＝ ２２Ⅱ。对ＤＡＬ６６ 及其双亲进行ＲＡＰＤ 分析，从４０ 个随机引物中筛选出１ 个特异引物（ＯＰＥ－０２）能够稳定地扩增出特异带型。

小黑麦×小滨麦后代1RS·1BL易位系的选育和鉴定

利用细胞学、染色体C分带和原位杂交方法,对八倍体小黑麦劲松49与八倍体小滨麦杂种后代选育的稳定遗传材料山农030 1进行了鉴定。染色体观察结果表明,山农030 1根尖染色体数目为42,花粉母细胞减数分裂中期I(PMCMI)染色体构型为2n=21Ⅱ。分别以黑麦、滨麦草基因组DNA为探针进行原位杂交,表明山农030 1含有一对黑麦和小麦的整臂易位染色体,不含有来自滨麦草的遗传物质。染色体C分带结果进一步表明此材料为1RS·1BL易位系。接种鉴定表明,山农030 1对白粉病免疫。

抗白粉病小偃麦异代换系的细胞学和RAPD鉴定

利用细胞学和RAPD方法,对从长穗偃麦草与普通小麦复合杂交后代中选育的抗白粉病小麦种质系山农87074-526和山农87074-551进行了鉴定。结果表明,两种质系的根尖细胞染色体数目均为2n=42,花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ(PMC MⅠ)染色体构型为2n=21Ⅱ;二者杂交F_1 PMC MⅠ染色体构型亦为2n=21Ⅱ,两种质系分别与小麦中国春的杂种F_1 PMC MⅠ染色体构型均为2n=20Ⅱ+2Ⅰ,说明两种质系为相同的双体异代系。在苗期和成株期两种质系对白粉病15号菌种均表现免疫,其白粉病抗性为显性,并且来自长穗僵麦草,抗白粉病基因位于它们所含的偃麦草染色体上。从80个随机引物中,筛选出2个引物OPE13和OPH15能在两种质系中稳定地扩增出长穗偃麦草亲本的特异DNA片段。

利用细胞学和RAPD技术鉴定抗病小偃麦易位系

本研究对从中间偃麦草与小麦杂种后代中选育的小偃麦种质系 GP143,在进行白粉病和条锈病抗性鉴定的基础上 ,对其进行了细胞学和 RAPD鉴定。结果证明 GP143兼抗白粉病和条锈病 ,其根尖细胞染色体数为 4 2 ,花粉母细胞减数分裂中期 I(PMC MI)染色体构型为 2 n=2 1 ,在它与小麦的杂种 F1PMC MI染色体构型中 ,常观察到四价体 ;对 GP143及其双亲进行 RAPD分析 ,从 4 0个随机引物中筛选出 4个引物能够扩增出中间偃麦草亲本的特异 DNA片段。初步确定

六个八倍体小偃麦的选育和鉴定

以中间偃麦草(Elytrigia intermedia)与普通小麦品种烟农15杂交,从其杂种后代中选育出6个细胞学稳定的八倍体小偃麦山农TE183、山农TE185、山农TE188、山农TE198、山农TE256和山农TE347。这些八倍体小偃麦植株健壮、育性正常、穗大多实,高抗白粉病、条锈病等小麦病害。种子醇溶蛋白电泳分析证明,6个八倍体小偃麦醇溶蛋白图谱中均具有亲本中间偃麦草的特异带,并且山农TE183、山农TE185、山农TE198、山农TE256和山农TE347等5个八倍体小偃麦的带型基本一致,为同一类型,而山农TE188为另一类型。细胞学鉴定结果表明,6个八倍体小偃麦的根尖细胞染色体数目为2n=56,花粉母细胞减数分裂中期I(PMC MI)染色体构型为2n=28II,具有高度的细胞学稳定性。以山农TE188和山农TE198分别与中2、中3和中1、中5杂交,对其杂种F1染色体构型分析结果表明,山农TE188与中2和中3、山农TE198与中1和中5的染色体构成是不同的。综合种子醇溶蛋白电泳和细胞学分析结果,初步认为本研究选育的6个八倍体小偃麦与前人选育的中1、中2、中3、中4、中5等5个八倍体小偃麦所携带的中间偃麦草染色体组可能不完全相同。

抗白粉病小偃麦异代换系的细胞学鉴定和RAPD分析

对从长穗偃麦草与小麦杂种后代中选育的抗白粉病小麦种质系山农 870 74 5 5 1在进行白粉病抗性鉴定的基础上 ,进行了细胞学和RAPD鉴定。结果表明 :山农 870 74 5 5 1根尖细胞染色体数目为 2n =4 2 ,花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ(PMCMⅠ )染色体构型为 2n =2 1Ⅱ ,它与小麦中国春的杂种F1PMCMⅠ染色体构型为 2n =2 0Ⅱ +2Ⅰ ,说明山农 870 74 5 5 1是一个双体异代换系 ;其白粉病抗性为显性 ,且由偃麦草染色体决定。对山农 870 74 5 5 1及其亲本进行RAPD分析 ,从 80个随机引物中 ,筛选出一个引物 (OPE13)分别能在山农 870 74 5 5 1、分离群体的抗病植株DNA池和抗病植株中稳定地扩增出长穗偃麦草亲本的特异DNA片段。

小麦微卫星标记在中间偃麦草中通用性研究

利用分布于普通小麦整个基因组的525对微卫星引物,对其在普通小麦与中间偃麦草(Thinopyrumintermedi-um)之间的通用性及其亲缘关系进行了分析。结果表明:202对引物在小麦和中间偃麦草间多态性扩增,所占比率为38.4%,小麦的A,B,D3个基因组多态性引物所占比率分别为34.6%,36.9%和42.2%;说明普通小麦SSR引物在中间偃麦草之间具有通用性,小麦D基因组与中间偃麦草亲缘关系要远于A,B基因组与中间偃麦草关系,表明小麦的A,B,D基因组之间存在遗传差异性。

小麦种子醇溶蛋白聚丙烯酰胺凝胶电泳技术的简化研究

在ISTA小麦和大麦种子醇溶蛋白聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定品种的标准程序的基础上 ,对影响电泳效果的各主要因素进行逐一筛选、改进 ,尤其是实验设计的NaOH 醋酸 甘氨酸缓冲系统和先低后高再低的电泳方式使此项技术具有快速、分辨率较高、重复性较好、易剥胶、操作简单、经济实用等优点 ,适于一般实验室利用小麦种子醇溶蛋白技术对小麦进行大量的快速简捷的筛选、鉴定等初步研究。

抗白粉病小麦-中间偃麦草种质的选育和SSR鉴定

在从抗白粉病小麦-中间偃麦草异附加系II-1-1与含杀3C配子染色体的农林26杂交并自交的后代中,通过人工接种鉴定,选出4个抗白粉病种质03012、04060、04112、04146。细胞学鉴定表明,4个种质的染色体数目均为2n=42条,花粉母细胞减数分裂中期I多形成二价体。03012/烟农15杂种F1花粉母细胞减数分裂中期I细胞中平均形成2个单价体,可能为异代换系,04060/烟农15、04112/烟农15和04146/烟农15的F1中均出现一定数量的单价体和多价体,可能为易位系。利用SSR标记鉴定表明,引物WMC327是含中间偃麦草抗白粉病基因所在染色体的特异标记;03012可能是一个2D染色体的异代换系。