普通小麦-野生二粒小麦染色体臂置换系的种子萌发和幼苗生长特性

为了挖掘野生二粒小麦的优异基因资源,选择以普通小麦品种Bethlehem(BLH)和中国春(Chinese Spring,CS)为背景的两套野生二粒小麦染色体臂置换系(chromosome arm substitution lines,CASLs)为材料,开展种子萌发与幼苗生长特性的研究。结果表明,无论在BLH还是在CS背景下,不同CASL之间发芽率、发芽势、发芽指数等种子萌发性状以及主根长、根数、苗高、平均根长等幼苗生长特性均存在一定的差异。两个遗传背景中,5BS和7BS置换系的种子发芽率、发芽势和发芽指数均显著高于亲本,而5AS和6AS置换系却显著低于亲本,推测在这些置换系相应染色体臂上至少各带有一个调控小麦发芽特性的QTL。4BL和6BL置换系的苗高、主根长和平均根长均大于亲本;2BS和3AL置换系的主根长和根数都大于亲本;5BS、6AL、2AS和1AS置换系的主根长和平均根长均大于亲本。1BS置换系的苗高、主根长和平均根长均比亲本小;4AL置换系的平均根长和根数小于亲本。由此推测,在1AS、2AS、3AL、6AL、2BS和5BS染色体上可能存在控制小麦幼苗叶片和根系生长的相关基因。

转录组测序技术在鉴定小麦染色体臂置换系染色体组成上的应用

为给染色体片段置换系的快速鉴定提供新的技术手段,用3个以普通小麦品种中国春(Chinese Spring,CS)为背景的野生二粒小麦(TTD140)染色体臂置换系(chromosome arm substitution line,CASL)进行转录组测序,并结合SNP分析,获得纯合的SNP,用于鉴定CASL材料中TTD140的置换区段。结果发现,CASL3AL的SNP主要分布在染色体3A的108~750 Mb区段;CASL7BS的SNP分布于染色体7B的0~536 Mb和5A的22~482 Mb区段;CASL4AL的SNP分布比较复杂,除集中在4A的40~745 Mb、7B的0~570 Mb以及5B的410~675 Mb外,还在1A、2A、3A、7A、2B、2D、5D、6D和7D染色体上成簇分布,表明该材料除在预期的染色体4A上保留TTD140的大片段外,还在其他染色体上残留许多TTD140小片段。通过97对多态性SSR标记验证CASL3AL的染色体组成,发现84对标记能检测到TTD带型,其分布范围与转录组数据鉴定结果基本一致。对SNP富集区域的320 bp PCR产物直接测序,发现CASL3AL与CS之间存在7个SNP位点,但与TTD140以及Zavitan参考序列一致。因此,本研究利用转录组测序技术能够有效鉴定小麦染色体片段置换系材料的染色体组成,且比传统的分子标记技术准确、方便、快捷。

不同环境温度下普通小麦-野生二粒小麦染色体臂置换系的农艺性状差异分析

以普通小麦品种中国春(chinese spring,简称CS)为遗传背景的野生二粒小麦染色体臂置换系(chromosome arm substitution lines,简称CASLs)为材料,在小麦全生育期内利用大棚模拟气温升高,以大田栽培环境为对照,研究温度升高对不同置换系穗部和籽粒性状形成的影响。结果表明:在2个生长环境对比下,各置换系材料的性状均有不同变化,材料间存在着显著的差异。各置换系的籽粒性状对温度的敏感性不同,粒长和千粒质量受大棚环境的影响较大,以2BS和4AL置换系的千粒质量增幅最大,分别为23.9%、30.6%;对于穗部性状,各置换系穗长和小穗数受温度的影响变化较大,所以小穗密度也呈现出较大的变化幅度,其中2BS置换系的增幅最大,高达42.5%,1AL置换系次之,为15.0%。因此可见不同置换系材料的籽粒和穗部性状对不同环境温度的敏感性不同。

普通小麦-野生二粒小麦染色体臂置换系籽粒与品质性状分析

野生二粒小麦在农艺性状和品质性状上具有丰富的遗传变异,这些优异基因的导入对促进优质小麦生产具有重要的意义。以普通小麦品种Bethlehem(BLH)为遗传背景的野生二粒小麦染色体臂置换系(chromosome arm substitution lines,CASLs)为材料,进行2年一点田间试验,考察籽粒(粒长、粒宽和千粒重)与品质相关性状(蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值、淀粉含量和灰分含量)。结果表明:CASLs群体中3AL 2年的粒长均显著长于亲本BLH,推测3AL染色体上至少有1个正效QTL控制野生二粒小麦的粒长,至少3个控制粒长的负效QTLs分别位于4BS、6BL和7BL,至少11个控制千粒重的负效QTLs分别位于2AS、5AS、6AL、7AS、1BS、1BL、4BS、4BL、5BL、6BL和7BL,至少6个与蛋白质含量正相关的QTLs分别位于6AL、1BS、2BS、3BL、7BS和7BL,至少3个控制湿面筋形成的正效QTLs分别位于2BL、7BS和7BL,至少3个控制沉降值的主效QTLs分别位于4AL、7AL和7BL,至少1个控制淀粉形成的负效QTL位点位于7BL;至少1个促进小麦籽粒灰分含量增加的QTL位于7BL上。相关性分析表明,千粒重与蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值和灰分含量呈显著或极显著的负相关,蛋白质含量与湿面筋含量、沉降值和灰分含量均呈极显著正相关,而与淀粉含量呈极显著负相关。综上所述,CASLs群体具有丰富的遗传多样性,且每个置换系只含有对应野生二粒小麦的染色体臂,各置换系有着不同的遗传特点,因此,可以综合利用置换系的有利性状对小麦目标性状进行遗传改良,进而为小麦育种提供更加丰富的遗传资源。