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。

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。

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。

小麦-黑麦1RS/1BL新易位系的创制和分子细胞遗传学鉴定

利用普通小麦(Triticum aestivumL.)品种小偃6号与黑麦(Secale cerealeL.)品种德国白粒杂交,选育出一批带有黑麦抗病性状的小偃6号类型种质材料。应用连续C-分带-基因组原位杂交(sequent C-banding-GISH)技术对上述材料进行染色体组成分析,筛选出2个小麦-黑麦1RS/1BL纯合易位系BC152-1-1和BC01-89-1。其中,BC152-1-1(2n=42)除含有1对1RS/1BL易位染色体外,未见其他染色体变异;BC01-89-1(2n=43)除含有1对1RS/1BL纯合易位染色体外,还附加1条两端缺失的3R染色体。高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)组成分析和品质分析结果表明,BC152-1-1和BC01-89-1不仅含有来自小偃6号的14+15优质亚基,而且其蛋白质含量、湿面筋含量和SDS沉降值等品质性状都得到显著改良。

小麦—黑麦1BL/1RS易位系在小麦育种中的应用及改良

小麦—黑麦1BL/1RS易位系因抗病、高产在小麦育种和生产中广泛应用,但在一定程度上也对小麦加工品质有着负面影响。文中综述了1BL/1RS易位系小麦的来源及在我国的利用状况,并提出了造成负效应的可能原因及其进行改良的可能方法,进而展望了1BL/1RS易位系在我国小麦育种中的研究前景。

小麦-黑麦大粒1BL/1RS易位系的分子细胞学鉴定

为明确小麦-黑麦大粒衍生系14-1-2的遗传组成,综合采用细胞学、基因组原位杂交(GISH)、SCAR标记、SSR标记对该衍生系进行鉴定。黑麦基因组特异SCAR标记鉴定表明,14-1-2含有黑麦遗传物质;有丝分裂和减数分裂中期Ⅰ染色体数目为2n=42=21Ⅱ。以黑麦基因组为探针的GISH检测表明,14-1-2含有2个黑麦染色体臂。黑麦7条染色体上的特异标记鉴定表明,只有黑麦1RS上的特异SCAR标记在14-1-2中扩增出黑麦特异条带。小麦7个部分同源群染色体长短臂上的SSR引物鉴定表明,只有1BS上的4对引物在14-1-2中未扩增出1BS的条带,其余染色体上的引物均扩增出了相应条带。由此证实小麦1BS被黑麦1RS所替代,衍生系14-1-2为1BL/1RS易位系材料。

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。

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。

小麦-黑麦1BL/1RS易位系99/2439中蛋白激酶基因的克隆

[目的]克隆和分析小麦受体蛋白激酶基因片段。[方法]对经白粉菌诱导24 h的小麦-黑麦1BL/1RS易位系99/2439叶片中cDNA进行5′-RACE,获得小麦受体蛋白激酶基因的部分片段,并分析其蛋白质序列同源性。[结果]通过RACE获得了长度为1 708bp的小麦受体蛋白激酶基因片段。该片段的氨基酸序列(S1125)与基因Lrk19在641个氨基酸跨度内有86%相同,91%相似。S1125与小麦抗锈病基因Lrk10在636个氨基酸跨度内有84%相同,88%相似。S1125可能为丝氨酸-苏氨酸激酶。[结论]所克隆的小麦蛋白激酶基因片段与Lrk19基因和小麦抗锈病基因Lrk10具有较高的同源性。

抗白粉病的小麦-黑麦1BL/1RS易位系99/2439的cDNA文库构建

用pGEMT-easy质粒载体构建了经白粉菌诱导0.5 h、1.0 h、12 h、24 h和48 h的小麦-黑麦1BL/1RS易位系99/2439叶片cDNA文库1个.文库宿主菌为E.coliDH10B,诱导文库平均插入片段为1 kb左右.

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。

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/

小麦–黑麦易位系T1BL·1RS在小麦品种中的分布及其与小麦赤霉病抗性的关联

黑麦1R染色体短臂(1RS)携带条锈病、叶锈病、秆锈病、白粉病和蚜虫等抗性基因。为了检测1RS上是否携带与赤霉病抗性相关的基因,本研究采用1RS特异标记Xscm9对192个来自不同国家的品种/系构成的小麦自然群体和1个重组自交系(RIL)群体(宁7840与Chokwang杂交的F_7群体,共184个系)进行了分子检测,并在2011 2013年采用单花滴注法于温室中进行赤霉病抗性鉴定。结果发现,自然群体中22个品种携带1RS,携带1RS的株系三季赤霉病平均病小穗率(PSS)均显著低于不携带1RS株系的PSS(P<0.01),表明1RS对降低病小穗率有显著作用。分子标记和基因组原位杂交(GISH)检测结果表明,宁7840携带1RS。通过对宁7840/Chokwang衍生的RIL群体进行赤霉病抗性鉴定和基因型分析,发现不论主效赤霉病抗性基因Fhb1(标记Xsts142)存在与否,携带1RS株系的PSS显著低于不携带1RS株系的PSS(P<0.01);方差分析表明,宁7840携带的Fhb1与1RS在赤霉病抗扩展性上无显著互作(P>0.05)。因此认为,黑麦1RS染色体很可能携带赤霉病扩展抗性相关基因,与Fhb1基因有累加效应。

用Glu-B3、Gli-B1和SEC-1b复合引物PCR检测普通小麦1BL/1RS易位系

利用低分子量 (LMW )麦谷蛋白Glu B3的STS PCR标记、醇溶蛋白Gli B1的SSR标记和黑麦碱SEC 1b的STS PCR标记的复合PCR ,对 10个普通小麦品种、中优 950 7/CA963 2的 91个DH系和 2 8个F2 个体植株 ,进行了1BL/1RS易位系的检测。结果表明 ,中优 950 7/CA963 2的 3 9个DH系和CA963 2、晋麦 45、兰考 2 4、烟农 18、京冬 8等5个品种缺失 2个小麦贮藏蛋白位点的PCR产物 ,而拥有黑麦碱的PCR产物。利用PAGE和ELISA方法 ,对上述品种 (系 )进行了黑麦碱 (secalin)蛋白的检测 ,发现这些品种 (系 )均包含secalin ,与分子标记的检测结果吻合 ,是 1BL/1RS易位系。对 2 8个F2 单株的检测表明 ,该复合标记可以检测出早代

1BL/1RS易位对小麦加工品质的影响

分析了 138份国内小麦品种和 14份国外优质品种的 1BL 1RS易位状况和高低分子量麦谷蛋白亚基组成 ,并将其中的 78个品种连续两年在两地种植 ,研究了 1BL 1RS易位对小麦籽粒品质和面条品质的影响。结果表明 ,1BL 1RS易位品种的优质高、低分子量麦谷蛋白亚基出现频率显著低于非 1BL 1RS易位品种 ;1BL 1RS易位主要影响面团稳定时间、抗拉伸阻力、延伸性和拉伸面积等反映蛋白质质量的性状 ,使面筋质量显著降低 ,而对籽粒硬度、蛋白质含量、湿面筋含量和吸水率等主要反映蛋白质数量的性状影响较小 ,对多数淀粉性状的影响也不明显 ;1BL 1RS易位使小麦面条品质显著变劣。

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。

HMW-GS和LMW-GS组成及1BL/1RS易位对春小麦品质性状的影响

分析了2 2 1份春小麦品种(系)的HMW GS、LMW GS组成和1BL 1RS易位状况,并用其中10 4份品种(系)研究了HMW GS和LMW GS等位变异及1BL 1RS易位对品质性状的影响。结果表明,1、7+9、5 +10、GluA3a和GluB3j分布较广,频率分别为5 7 .5 %、4 5 . 2 %、6 3 .8%、2 9. 0 %和4 2 . 5 %。1BL- 1RS易位系相当普遍,西北春麦区和东北春麦区频率分别为4 4 . 3%和34 2 %。HMW- GS和LMW -GS等位变异对SDS沉降值、和面时间与耐揉性的影响达1%显著水平,对籽粒蛋白质含量与不溶性谷蛋白含量的影响达5 %显著水平。按位点贡献大小,Glu- D1>Glu- B3>Glu -B1>Glu- A1>Glu -A3;不同亚基对品质性状的效应存在显著差异,主要表现在反映面筋强度的品质参数上。亚基1、2 、5 +10、Glu -A3d、Glu- B3f明显优于相应位点的其他亚基。1BL -1RS易位对和面时间有极显著的负向效应。

黄淮麦区部分小麦品种(系)1BL／1RS易位的分子检测

为了明确黄淮麦区小麦品种(系)中1BL/1RS易位系的分布情况,为选育优质小麦品种提供亲本选配的相关信息,利用1BL/1RS小麦-黑麦复合PCR分子标记,对211份供试材料进行了检测。结果表明,供试材料中,非1BL/1RS品种(系)118份,占55.9%;1BL/1RS品种(系)81份,占38.4%;1BL/1RS易位杂合品种(系)12份,占5.7%。各育种单位在1BL/1RS品种(系)的利用上有显著差异。在66份大面积推广的品种中易位系占45.5%,略高于全部供试材料中1BL/1RS的频率。强筋小麦品种绝大多数为非易位系。

青海省小麦品种中Yr10和Yr15基因及其1BL/1RS易位的分子检测

利用抗条锈病基因Yr10和Yr15的SCAR和Barc8标记以及1BL/1RS易位的复合标记,对青海省育成和引进的137份小麦品种进行检测,以明确Yr10和Yr15基因以及1BL/1RS易位在青海小麦品种资源中的分布.结果显示:在137份材料中,有4份检测到Yr10基因,19份检测到Yr15基因,分别占参试材料的2.9%和13.9%,没有检测到同时携带Yr10和Yr15基因的材料;有22份材料为1BL/1RS易位,占参试材料的16.1%.研究表明,青海省大部分小麦抗锈品种及1BL/1RS易位品种为外引种品种.

小麦品种抗条锈病基因Yr10、Yr18及1BL/1RS易位的分子检测

利用抗条锈病基因Yr10、Yr18以及1BL/1RS易位的SCAR或STS标记,对2006-2010年75份国家审定的小麦品种进行了分子检测,以明确Yr10、Yr18以及1BL/1RS易位在我国2006-2010年审定小麦品种资源中的分布。结果显示:75份材料中有13份检测到Yr10基因的标记,1份检测到Yr18基因的标记,分别占参试材料的17.3%和1.3%,只有‘西农928’能同时检测到Yr10和Yr18基因;25份含有1BL/1RS易位片段,占参试材料的33.3%。表明1BL/1RS易位在我国小麦育种中利用率仍然较高,对目前流行条锈菌小种有良好抗性,而表现慢锈性的Yr18在小麦育种的利用率较低,建议在我国小麦育种中加强利用。