六倍体小黑麦×六倍体小麦杂交后代中染色体遗传与结构变异鉴定

六倍体小黑麦是普通小麦品种遗传改良的重要基因资源,可以拓宽小麦的遗传基础。本研究以六倍体小黑麦为供体向普通小麦转移黑麦染色质,以探明六倍体小黑麦×六倍体小麦杂交、回交后代的染色体遗传特性,为小黑麦种质材料的后续研究和利用奠定基础。以六倍体小黑麦16引171为母本,六倍体小麦川麦62为父本配制杂交及回交组合,利用非变性荧光原位杂交技术(non-denaturing florescence in situ hybridization,ND-FISH)对F1、BC1F1和BC1F2植株进行细胞学跟踪鉴定。结果表明,杂种F1回交结实率为2.61%;BC1F1植株2R染色体传递频率最高;BC1F2植株中黑麦染色体在后代的传递率为6R>4R>2R,小麦背景中5B-7B相互易位染色体在BC1F2植株中表现出严重偏分离。在BC1F1和BC1F2植株中观察到24种结构变异染色体,包括染色体片段、等臂易位染色体、易位染色体以及双着丝粒染色体,且部分BC1F2植株的种子表现粒长和千粒重均优于六倍体小麦亲本川麦62。因此,在利用六倍体小黑麦作为桥梁向普通小麦导入黑麦遗传物质时,应尽量采取多次回交的方式,使D组染色体迅速恢复,保证后代育性的恢复,同时关注染色体结构变异材料的潜在应用价值。

从CIMMYT引进的人工合成六倍体小麦D染色体组微卫星分子标记的遗传差异

采用微卫星 (SSR)分子标记技术 ,选用 2 3个D染色体组特异性引物对来自CIMMYT的 2 6份人工合成六倍体小麦D染色体组的遗传多样性进行了分析。研究发现 ,2 6份材料在D染色体组上存在丰富的等位基因变异 (92个 ) ,平均每个基因座为 4个。遗传距离计算结果也显示 ,2 6份材料D染色体组之间具有较大的遗传差异 ,平均遗传距离高达 0 .4 95 5。因此 ,人工合成六倍体小麦D染色体组中存在丰富的遗传多样性 ,可以作为拓宽普通小麦遗传基础的新的遗传变异来源。研究还发现 ,由同一个粗山羊草基因型与不同硬粒小麦杂交合成的人工合成六倍体小麦 (如合成种 17和 18)在所用检测的 2 3个基因座中有 3个存在差异 ,说明小麦在多倍化后 。

从CIMMYT引进的人工合成六倍体小麦高分子量谷蛋白亚基组成分析

采用 SDS- PAGE方法 ,鉴定分析了从 CIMMYT引进的 58份人工合成六倍体小麦高分子量谷蛋白亚基 ( HMW- GS)组成。在 Glu- A1,Glu- B1和 Glu- D13个位点上共检测到 2 2种不同的亚基类型 ;其中 Glu- D1位点上的变异类型最为丰富 ,存在 2 +T1+T2 ,5+12和 5+10等 13种不同的亚基类型 ;特别是发现含有比 5+10亚基更优质的 1.5+10和 5+12亚基。遗传分析结果表明 ,人工合成六倍体小麦 HMW- GS能在与普通小麦的杂交后代中稳定表达 ,并且在 F1代籽粒中呈共显性和偏母遗传现象。

利用人工合成六倍体小麦育成的新品种“川麦42”的生态适应性及产量潜力研究

川麦42是利用CIMMYT人工合成六倍体小麦新资源育成的超高产新品种。2004~2006年,在四川多个生态点将川麦42与7个小麦品种的相关特性进行了比较研究。结果表明：①川麦42的丰产潜力较高,籽粒单产一般可达6~8 t/hm2,平均比其他品种高7%~15%。在各生态点间的变异系数较高,达到20%~25%。②川麦42因产量高,其需肥量较大,一般高氮处理的籽粒单产都显著高于低氮处理。同时,中等密度（220~240苗/m2）有利于高产。③因春性较强,不宜过早播种,以10月25~30日为最佳播种期。④川麦42中后期灌浆速率高,优势明显,利于发挥大粒大穗潜力。

利用人工合成六倍体小麦突破小麦产量瓶颈的机会与潜力

以人工合成小麦Syn-CD780及其衍生品种川麦42与优良栽培品种杂交构建的2个重组近交系群体为材料,进行多环境(年份×地点)田间试验和产量性状QTL分析,探讨利用人工合成小麦资源突破小麦产量瓶颈的机会与潜力。结果表明:①所考察性状均呈连续性变异和双向超亲分离。S12群体(Syn-CD780×川育12)高产株系平均单产6.70 t/hm2,比川育12提高6.4%,增产缘于千粒质量的显著提高(10.0%);S16群体(川麦42×川农16)高产株系平均单产7.9 t/hm2,比川农16增产18.1%,增产缘于粒数/m2和千粒质量的共同提高。②基于S16群体实验数据,共检测到LOD>3.0的产量性状QTLs 55个。其中,产量QTLs 7个,贡献率7.5%～27.3%,均来自CM42;产量构成因素QTLs 48个,贡献率7.8%～32.8%。利用人工合成小麦或其衍生品种突破四川盆地小麦产量瓶颈的潜力较大。

人工异源六倍体小麦中甲基化差异的MSAP分析

利用MSAP方法分析了小麦从四倍体到六倍体进化过程中甲基化水平和甲基化遗传模式的变化。结果表明,人工异源六倍体小麦SCA/SQ(AABBDD)及其四倍体母本SCAUP(AABB)、二倍体父本粗山羊草SQ523(DD)的总甲基化水平分别为28.21%,27.53%,24.11%。37对引物检测到1 087条差异的扩增片段,对这些位点的甲基化遗传模式进行分析,结果表明,在人工异源六倍体中发生过甲基化的比例为18.95%,高于去甲基化的比例(2.58%)。这些结果揭示了小麦从四倍体到六倍体的进化过程中,通过对一些功能基因的甲基化来减轻异源多倍化造成的影响。

利用SSR分子标记技术揭示“硬粒小麦-节节麦”人工合成六倍体小麦的遗传差异

为引入小麦近缘属种的优良基因和遗传变异、扩宽普通小麦的遗传基础,本文选用36对小麦A,B和D基因组的微卫星引物,对135份人工合成六倍体小麦的遗传多样性进行了评价。36对引物共检测到193个等位变异,每个位点等位变异数在2~14个之间,平均每个位点检测到5.36个等位变异;A,B和D 3个基因组检测到的等位变异数D〉A〉B,遗传多样性指数D〉A〉B。综合平均遗传丰富度和香浓指数两个指标分析结果表明,人工合成六倍体小麦第1和6同源群遗传多样性水平较高,第4和7同源群遗传多样性水平较低;21条染色体中,6D和2D染色体的遗传多样性最高,7D和4B染色体的遗传多样性最低。135份人工合成六倍体小麦遗传相似系数在0.36~0.85之间,平均遗传相似系数A〉B〉D基因组。人工合成六倍体小麦变异类型丰富,是改良普通小麦的重要基因资源。

56份人工合成六倍体小麦的遗传多样性分析

人工合成六倍体小麦具有丰富的遗传多样性。为给小麦遗传改良提供具有重要利用价值的基因资源,对引自国际玉米与小麦改良中心(CYMMIT)的56份人工合成六倍体小麦材料的主要农艺性状和白粉病田间抗性进行了检测和分析,对其高分子量谷蛋白亚基构成及基因组遗传多样性进行了初步研究。结果表明,供试材料具有繁茂性好、分蘖力强、成穗率高、穗粒数多等优良农艺性状特点,其中,Syn1、Syn2、Syn56等材料的单株成穗数在10穗以上,Syn46的单株穗数平均达到45.4穗;Syn19、Syn30等的穗粒数平均达到50粒以上;Syn52、Syn50、Syn54等材料的千粒重较高,达50~60 g。白粉病抗性鉴定结果显示,Syn4、Syn23、Syn24等80%以上的供试材料对白粉病具有良好的田间抗性。编码高分子量麦谷蛋白亚基的Glu-A1、Glu-B1和Glu-D1位点表现出丰富的多态性,共有35种HMW-GS等位变异;除含有多种优质亚基或亚基组合外,还含有新的亚基类型。利用SSR分子标记对供试人工合成小麦进行遗传多样性分析,发现相较于本地栽培品种,供试人工合成小麦材料具有更高的遗传多样性。

人工合成六倍体小麦与普通小麦杂交后代衍生群体的PPO基因分析

四倍体小麦与节节麦杂交培育的人工合成六倍体小麦已广泛应用于国内外小麦品种改良。以引自CIMMYT的Syn768、Syn769、Syn780和Syn786人工合成六倍体小麦分别与中国四川成都平原主栽普通小麦品种杂交、回交的BC2F2:6后代群体中选育的113份优良高代系和川麦38、川麦42、川麦43和川麦47育成品种为材料,采用SSR特异引物Xgwm312标记位点的PAGE凝胶电泳对其PPO基因型进行了研究。结果表明,Xgwm312位点的标记具有多态性,其PCR扩增产物可产生198bp、216bp、232bp和240bp四种等位基因变异片段。在所检测的117份后代衍生群体材料中,65份材料具有198bp片段的等位基因,占全部材料的55.56%;13份含216bp片段的等位基因,其频率为11.11%,35份材料具有232bp片段的等位基因,分布频率为29.91%;只有4份材料含有240bp片段的等位基因,仅占全部材料的3.42%。从每个人工合成六倍体小麦亲本材料所形成的后代衍生群体来看,基因等位变异片段分布频率各不相同。说明PPO基因在小麦杂交后代材料中基因型的表现存在着随机性,与亲本的基因型状况关系极大,并且在后代材料中出现了亲本都没有的240bp等位基因变异片段的材料。通过研究人工合成六倍体小麦与普通小麦杂交后代的PPO基因型,有助于提高分子标记育种效率,也有助于PPO基因型的多态性研究,并为人工合成六倍体小麦在我国小麦品种改良和分子标记育种中的应用提供依据和方法。

人工合成六倍体小麦的高分子量谷蛋白亚基组成分析

利用十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳技术(SDS-PAGE)对103份人工合成六倍体小麦(2n=6x=42,AABBDD)的高分子量谷蛋白亚基组成进行了分析。结果发现,所分析材料具有丰富的等住变异。其中,在Glu-A1位点上共有5种变异类型,在Glu-B1和G1u-D1位点上均出现了12种等位变异类型;有些材料在GIu-D1位点上只表达1Dy类型亚基,而在1Dx亚基位置上出现空位形式;同时还发现了一些新的亚基组合形式和一未知新亚基。这些人工合成六倍体小麦材料中丰富的高分子量谷蛋白亚基变异,可能对小麦品质改良具有重要的应用价值。

人工合成六倍体小麦(AABBDD)与亲本种之间基因组与基因区域的序列变异分析

为探讨六倍体小麦进化过程中基因组发生的变异,我们以两套不同世代(早代和高代)的人工合成六倍体及其母本(四倍体小麦,AABB)和父本(粗山羊草,DD)为材料,采用DNA—AFLP和SSCP方法分别对基因组与基因区域的序列变化进行了研究.结果发现,人工合成六倍体小麦基因组中来源于父本的条带发生丢失的数目更多,表明倍性较低的亲本(DD)基因组序列在多倍化过程中发生了更明显的变异,这与前人的研究结果一致.与DNA-AFLP结果相比较,采用SSCP方法检测到的变异比例明显较低,说明六倍体小麦进化过程中基因区域发生变异的频率较低,而DNA-AFLP检测到的丢失条带可能主要为非编码序列,特别是重复序列.分析还发现,有4个基因在杂交F1代就发生了变异,这说明这些基因变异是由于杂交引起的.生物信息学分析结果显示,在上述4个基因中,有3个位于2D染色体长臂上,并且位于相近的同一区域.本研究结果显示,在人工合成六倍体小麦进化过程中,基因区域的序列变异具有选择性,而不是随机的.

人工六倍体小麦后代衍生群体遗传多样性研究(英文)

通过四倍体二粒小麦和节节麦杂交而获得的人工合成六倍体小麦,含有丰富的普通小麦品种改良有益基因,作为拓宽普通栽培小麦性状和新品种改良的新的种质资源已广泛应用于普通小麦的遗传改良实践中。利用分布于小麦A、B、D基因组21条染色体、28个不同染色体臂上的37对微卫星引物,对人工合成六倍体小麦与四川成都平原普通栽培小麦主栽品种杂交、回交经多代选择而形成的117份人工合成六倍体小麦衍生后代高代群体系（其中川麦38、川麦42、川麦43和川麦47为审定品种）进行了DNA分子水平上的分析,共检测到256个等位基因变异,平均每个SSR标记位点检测到6.92个等位变异基因。每个SSR位点等位基因变异数在1-14个,变异幅度较大,表明SSR分子标记在人工合成六倍体小麦中表现出高水平的遗传变异。A,B,D基因组中,D基因组表现出的多态性信息含量最低,为0.427 6,B基因组次之,为0.534 6,A基因组最高,达到0.614 5（A〉B〉D）。辛普森指数比较的结果也反映出相同的变化趋势,A基因组最高,为1.187 4,B基因组次之,为1.081,D基因组最小,为0.804 6（A〉B〉D）。综合多态性信息含量和辛普森指数的估值,表明这一批人工合成六倍体小麦后代衍生高代群体接受的遗传基因既来自人工合成六倍体小麦,又来自普通栽培小麦,显示杂合度类型丰富,具有较高的遗传差异。根据获得的等位基因变异片断的分布情况进行UPGMA聚类,发现A,B,D基因组基因型间的遗传相似系数较低,A,B,D三基因组37个SSR标记位点所得平均遗传相似系数为0.472 1,A基因组平均遗传相似系数为0.379 7,B基因组平均遗传相似系数为0.462 7,D基因组上平均遗传相似系数为0.581 5,反映出人工合成六倍体小麦后代衍生群体材料的遗传多样性处于较高水平。本研究结果证明利用人工合成六倍体小麦所具有的普通小麦野生近缘种中的基因库改良现代小麦,丰富其遗传基础,减少其生物和非生物胁迫的脆弱性,是一条行之有效的途径。

合成六倍体小麦与其亲本在合成后小麦A/B染色体组微卫星位点的比较

构建人工合成六倍体小麦是利用小麦近缘材料优异基因的很有效的方法。但是目前在人工合成异源六倍小麦的过程中对微卫星位点的影响研究尚不完善。本研究直接比较了亲本四倍体小麦PS5与4个不同粗山羊草进行远缘杂交并经染色体自然加倍后获得4个人工合成六倍体小麦前后,位于普通小麦A/B染色体组不同染色体臂上的104对引物的变化。结果表明,104对微卫星引物的扩增产物在4个合成六倍体小麦中具有与普通小麦相同的带型;但在22对引物的扩增产物上存在差异,其中Am4与其它3个六倍体小麦Am1,Am2,Am3在15对引物扩增的条带存在差异;另外发现有45对特异与AB染色体的引物能够在粗山羊草中扩增出产物,其中特异于B染色体组的引物47.54%的可以在粗山羊草中扩增出产物,而A染色体组的引物占38.24%。因此,基于普通小麦开发的微卫星引物可以用于合成六倍体小麦的研究,而Am4材料与其它3个合成二倍体小麦的差异尚需进一步研究,另外我们推测普通小麦的B染色体组与A染色体组相比与粗山羊草存在较近的亲缘关系。

四倍体小麦与六倍体小麦杂种的染色体遗传特性

四倍体栽培小麦(Triticum turgidum L.,AABB)和普通小麦(Triticum aestivum L.,AABBDD)是两种目前主要的小麦栽培种。通过远缘杂交转移利用四倍体小麦(或六倍体小麦)基因是六倍体小麦(或四倍体小麦)遗传改良的重要方法。然而,两者杂种F1为基因组组成不平衡的五倍体,其中A和B基因组染色体均为两套,而D基因组染色体仅一套。亲本间的遗传差异,包括核基因组和细胞质基因组,可能影响五倍体杂种的染色体传递效率。本研究以多个不同遗传背景的四倍体小麦和六倍体小麦为亲本,配置正反交五倍体杂种F1,采用多色荧光原位杂交技术分析自交F2代植株的染色体组成规律。结果表明,杂交亲本的遗传背景对杂种F1自交结实率影响显著;不论是以四倍体小麦还是六倍体小麦做母本,AB基因组染色体在F1自交过程中相对稳定,F2后代的数目均接近28条(27.9 vs.28.0);以四倍体小麦为母本F2平均保留的D基因组染色体数显著多于以六倍体小麦为母本的后代(7.0 vs.2.9)。因此,以四倍体小麦为最终目标后代时,应优先以六倍体小麦为母本进行杂交组合的配置;以六倍体小麦为最终目标后代时,应优先以四倍体小麦为母本开始最初的杂交组合配置。

人工合成六倍体小麦后代衍生群体Waxy蛋白亚基的分子标记

四倍体小麦与节节麦杂交培育的人工合成六倍体小麦已广泛应用于国内外小麦品种改良。以引自CIMMYT的Syn768、Syn769和Syn780人工合成六倍体小麦分别与中国四川成都平原主栽普通小麦品种杂交、回交的BC2F2:6后代群体中选育的113份优良高代系为材料,采用SSR特异引物的PAGE凝胶电泳对其Waxy蛋白亚基缺失类型进行了研究。结果表明,在所检测的121份材料中,8份材料缺失Waxy-B1型蛋白亚基,占全部材料的6.6%;没有检测到其他类型的缺失体。从每个人工合成六倍体小麦亲本材料所形成的后代衍生群体来看,Waxy-B1缺失体频率各不相同,说明Waxy蛋白亚基缺失类型在人工合成六倍体小麦后代衍生群体材料中的表现存在着随机性,与亲本的基因型状况关系极大。通过研究人工合成六倍体小麦与普通小麦杂交后代的Waxy蛋白亚基缺失类型,有助于提高分子标记育种效率。

人工合成六倍体小麦后代衍生群体遗传多样性检测

通过四倍体二粒小麦和节节麦杂交而获得的人工合成六倍体小麦,含有丰富的普通小麦品种改良有益基因,作为拓宽普通栽培小麦性状和新品种改良的新的种质资源已广泛应用于普通小麦的遗传改良实践中。利用分布于小麦A、B、D基因组21条染色体、28个不同染色体臂上的37对微卫星引物,对人工合成六倍体小麦与四川成都平原普通栽培小麦主栽品种杂交、回交经多代选择而形成的117份人工合成六倍体小麦衍生后代高代群体系(其中川麦38、川麦42、川麦43和川麦47为审定品种)进行了DNA分子水平上的分析,共检测到256个等位变异,平均每个SSR标记位点检测到6.92个等位变异,变幅在1到14之间。A、B、D基因组中,D基因组表现出的多态性信息含量最低,为0.4276,B基因组次之,为0.5346,A基因组最高,达到0.6145(A>B>D)。辛普森指数比较的结果也反映出相同的变化趋势,A基因组最高,为1.1874,B基因组次之,为1.0810,D基因组最小,为0.8046(A>B>D)。综合多态性信息含量和辛普森指数的估值,表明这一批人工合成六倍体小麦衍生后代群体接受的遗传基因既来自人工合成六倍体小麦,又来自普通栽培小麦,显示杂合度类型丰富,具有较高的遗传差异。根据SSR位点获得的等位基因变异片断的分布情况进行UPGMA聚类,发现A、B、D基因组基因型间的遗传相似系数较低,A、B、D三个基因组所得平均遗传相似系数为0.4721,其中A基因组平均遗传相似系数为0.3797,B基因组平均遗传相似系数为0.4627,D基因组上平均遗传相似系数为0.5815,反映人工合成六倍体小麦后代衍生材料的遗传多样性处于较高水平。研究结果证明利用人工合成六倍体小麦所具有的普通小麦野生近缘种中的基因库改良现代小麦,丰富其遗传基础,减少其生物和非生物胁迫的脆弱性,是一条行之有效的途径。

人工合成异源六倍体小麦β-葡萄糖苷酶活性的变化

[目的]研究小麦多倍化初期β-葡萄糖苷酶活性的变化。[方法]以生长17d的人工合成异源六倍体小麦(第五代)及其父本粗山羊草、母本硬粒小麦的叶片为材料,采用pNPG法测定β-葡萄糖苷酶的活性,采用分光光度法测定可溶性蛋白含量,进而研究了六倍体小麦多倍化初期β-葡萄糖苷酶活性的变化。[结果]二倍体父本TQ27中β-葡萄糖苷酶的比活力略高于四倍体母本TTR04,但差异不显著。人工合成六倍体小麦AT5中β-葡萄糖苷酶的比活力最低,与其父本TQ27、母本TTR04中β-葡萄糖苷酶比活力差异显著。TQ27、TTR04和AT5中β-葡萄糖苷酶的平均比活力分别为62.36、64.66和24.15U/(μg.h)。[结论]异源多倍化初期六倍体小麦的β-葡萄糖苷酶活性较其双亲显著降低。

人工合成六倍体小麦醇溶蛋白遗传多样性分析

运用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳（A—PAGE）技术，对96份人工合成六倍体小麦的醇溶蛋白多样性进行了分析。结果显示，96份人工合成小麦中，共分离出65条不同的醇溶蛋白谱带，其中ω区22条，B和7区各17条，α区9条，但各醇溶蛋白在电泳图谱中出现的频率差异较大，其变化范围为1．04％～91．67％。醇溶蛋白遗传多样性指数（H’）及多态性信息含量（PIC）分析结果显示，β、ω两个谱带区醇溶蛋白组成最为丰富，而α区最低；聚类分析结果显示，材料间的平均遗传距离为0．86，在遗传距离为0．83水平上，96份材料被划分为4个主要类群，类群间的关系基本反映了合成双二倍体的亲缘关系。研究结果表明，人工合成六倍体小麦醇溶蛋白基因位点表现出广泛的遗传变异，具有丰富的遗传多样性。

六倍体小麦TaHKT2;2基因的克隆与多样性分析

为深入研究小麦HKT基因家族其他成员的作用,利用同源序列克隆技术和六倍体小麦基因组BAC文库克隆了小麦TaHKT2;2基因。TaHKT2;2定位于小麦第7同源群,分别命名为TaHKT2;2-7A、TaHKT2;2-7B、TaHKT2;2-7D。TaHKT2;2与TaHKT2;1基因结构相同,均由3个外显子和2个内含子组成。在系统进化树上TaHKT2;2与TaHKT2;1聚类形成1个分支。TaHKT2;2-7A、TaHKT2;2-7B、TaHKT2;2-7D的基因编码区分别为1 602 bp、1 602 bp、1 596 bp,但利用RTPCR技术未能在8个六倍体小麦中克隆TaHKT2;2-7D c DNA。采用克隆测序技术分析了12个六倍体小麦中TaHKT2;2的自然多样性,结果表明,TaHKT2;2-7A的序列多样性高于TaHKT2;2-7B和TaHKT2;2-7D。TaHKT2;2仅见少数碱基发生改变,在TaHKT2;2 P-loop区无氨基酸变异。TaHKT2;2 5'侧翼序列保守性低于其编码区。TaHKT2;2在小麦驯化过程可能受到选择,属于驯化基因。

人工异源六倍体小麦部分同源基因的表达变化

为了研究小麦从四倍体到六倍体进化过程中部分同源基因的表达变化,以人工异源六倍体小麦SCA/SQ及其亲本SCAUP和SQ523为材料,采用cDNA-SSCP方法分析了208个部分同源基因不同拷贝的表达情况。结果表明,有10个来自父本的拷贝在人工异源六倍体小麦中沉默,进一步分析了这些沉默表达的基因,发现其中有5个是由于在DNA序列上丢失,而另外5个可能是由于甲基化或者其他机制引起的。