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。

RFLP标记揭示的1RS/1BL易位系对小麦农艺性状的影响

以含1RS/1BL易位染色体的多小穗小麦新种质10-A和普通小穗小麦品系88-1463, 及其与非1RS/1BL易位系小麦川育12构成的重组系为供试材料, 选用4个RFLP标记和1个醇溶蛋白标记Gld1B3 分析了1RS/1BL易位系对小麦农艺性状的影响。结果表明, 1RS/1BL易位系的每穗小穗数目和株高均显著或极显著地高于非易位系, 其千粒重略高于非易位系(p< 0.1), 而每小穗结实粒数却显著低于非易位系。抽穗期、穗粒数和穗粒重几个性状间差异不显著。1RS/1BL易位染色体在增加每穗小穗数目的同时还具有降低每小穗结实粒数的作用, 这可能是导致易位系和非易位系间穗粒数差异不显著的直接原因。

黑麦碱基因(Sec-1)表达缺失的1RS/1BL易位系的鉴定

用改良的GiemsaC带技术、DNA原位杂交和酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(APAGE)对来源于小麦品种绵阳11与不同黑麦自交系远缘杂交获得的高代株系(BC1F7)的染色体结构和醇溶蛋白进行了研究。结果发现,在鉴定的200个株系中,有45个株系经C带和APAGE检测均一致地发现它们含有一对1RS/1BL易位染色体,而一个株系84311,C带鉴定、原位杂交结果均证明它含有一对1RS/1BL易位染色体,但APAGE醇溶蛋白图谱却不具有黑麦1RS染色体臂的黑麦碱特征带,而表达出既不同于黑麦碱又不同于亲本绵阳11的醇溶蛋白带型。这一结果表明,利用不同的黑麦亲本资源,可以获得黑麦碱基因Sec1表达缺失的新的1RS/1BL易位系。这种新的1RS/1BL易位系缺失了影响小麦品质的黑麦碱蛋白,因此是进一步研究1RS/1BL易位对小麦品质影响的珍贵材料。研究指出,在利用外源基因的植物育种中,外源种供体材料的遗传多样性是值得重视的基因资源。

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 。

两个新1RS/1BL易位系的细胞学与生化鉴定

用改良的Giemsa C带技术和酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳 (A PAGE) ,对来源于小麦品种绵阳 11号与威宁黑麦自交系R3的几个杂交后代株系进行了研究 ,结果发现选系 84 1和84 3各具有一对 1RS/ 1BL易位染色体 ,而在麦醇溶蛋白 (Gliadin)的A PAGE图谱上两者存在着明显的差异 ,株系 84 3具有而同一姊妹系的 84 1却不具有黑麦 1RS染色体臂的特征带纹 ,这种现象在前人的文献中未见报道过 .对其原因分析认为 ,小麦与黑麦之间在发生 1BL与1RS交换过程中 ,形成的 1RS/ 1BL易位点存在着多样性 ,并简要地评价了 1RS/ 1BL易位系在提高小麦抗病和产量方面的意义 .

1293份小麦品种(系)1RS/1BL易位和抗条锈病基因Yr41的分子检测

小麦-黑麦1BL/1RS易位系因具有丰产和抗病等特性,被广泛应用于小麦育种,我国曾一度有超过70%的小麦品种含有该易位系。当前,该易位系在我国小麦中的分布情况还有待确证。迄今,抗条锈病基因Yr41已连续为小麦育种提供抗性20年,利用该基因培育的抗条锈小麦新品种在西南麦区大面积推广。然而,该基因在我国小麦中的分布情况仍不清楚,限制了其在不同麦区的开发利用潜力。鉴于此,本研究利用小麦-黑麦1BL/1RS易位系特异分子标记ω-sec-p3/ω-sec-p4和Yr41特异分子标记BE446068对1293份小麦品种(系)进行了检测,结果显示,有542份可扩增出1BL/1RS特异标记,占参试材料的41.92%,使用频率仍然较高;有64份材料可以扩增出Yr41特异标记,占参试材料的4.95%,利用频率较低,今后可加强对含Yr41品种(系)的利用。

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/

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。

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。

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。

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。

小麦骨干亲本“洛夫林10号”1BL/1RS在衍生品种中的遗传分析

为了探讨小麦骨干亲本＂洛夫林10号＂1BL/1RS在衍生品种中的遗传特征,利用小麦1B染色体上的17对SSR引物,对以洛夫林10号为亲本衍生的1~3个世代的14个代表性小麦品种进行了分析。结果表明,除＂洛夫林10号＂衍生一代的＂丰抗9号＂和衍生二代的＂京411＂和＂京437＂很可能丢失了1RS外,其余的11个衍生品种极可能携带1RS,但各个品种携带的1RS在遗传构成上表现不同,说明在育种选择过程中1RS并非作为一个完整的单元遗传,而是与小麦的染色体发生了遗传重组。值得注意的是,＂洛夫林10号＂位于1BL上的Xgwm259~Xwmc728、Xwmc416~Xgwm153~Xwmc44~Xgwm259~Xwmc728和位于1RS上的Xwmc619~Xgwm413表现为区段遗传,进一步分析发现一些区段具有丰富的优异基因簇。这一结果提示,骨干亲本之所以能够在育种中发挥重要的作用,很可能是因为其具有区段遗传效应。深入探讨骨干亲本在衍生品种中的区段遗传效应对提高育种效率具有重要意义。

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.

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

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。

小麦1BL/1RS易位系1RS分子标记位点稳定性分析

为检测小麦1BL/1RS易位系1RS位点的稳定性,利用1RS上11个标记位点的PCR特异引物对21个小麦1BL/1RS易位系进行了分子检测。结果表明,21个1BL/1RS易位系中,66.7%的品种1RS的11个标记位点较为稳定,扩增出标记位点特异性带,但有33.3%的品种部分标记位点出现特异性带的丢失或添加,具有不同程度的位点变异,位点变异率最高达45.5%。对于1RS上的11种PCR特异引物,引物NOR-R1和APR1.3可稳定扩增出黑麦特异带,是在小麦遗传背景中鉴别黑麦1RS较为可靠的分子标记。

利用揉面特性鉴定小麦1BL／1RS易位系

1BL/1RS易位系曾广泛用于小麦农艺性状改良,但对加工品质有明显的负面影响。利用404份F5至F8高代品系(试验I)和175份山东省主栽品种及高代品系(试验II),研究1BL/1RS易位对小麦揉面参数的影响,分析不同高低分子量蛋白亚基(HWM/LWM-GS)背景下1BL/1RS的揉面特性,探讨利用揉面特性鉴定1BL/1RS易位系的方法。结果表明,1BL/1RS易位系的揉面时间、峰值带宽及峰后1 min带宽显著低于非1BL/1RS易位系,而衰落角和带宽比(峰值带宽/峰后1 min带宽)显著高于非1BL/1RS易位系,说明1BL/1RS易位导致小麦的揉面特性显著变劣。易位系的揉面谱带的主要特征为峰后1 min谱带急剧衰落并变窄,带宽比显著增大,而非1BL/1RS易位系的峰后谱带衰落、变窄平缓或者稳定时间较长,带宽比较小。带宽比1.6可作为判断易位系的有效指标,即大于或等于1.6为1BL/1RS易位系,小于1.6为非1BL/1RS易位系,准确率达85.2%(试验I)和96.8%(试验II)。尽管优质HWM-GS背景对Glu-B3j(1BL/1RS易位系)的揉面特性有一定正向补偿作用,但品质特性仍显著劣于其他Glu-B3位点,带宽比表现尤为突出。因此,揉面特性不仅能测定育种材料的面团流变学特性,而且还能有效鉴别1BL/1RS易位系。

粘类非1BL/1RS小麦雄性不育系恢复性遗传规律的研究

系统考察了粘、易、偏和二角型4种异质非1BL/1RS小麦雄性不育系的育性恢复性,结果表明: 1 供试4种异质非1BL/1RS小麦雄性不育系均属易恢复、易保持不育类型; 2 以4种异质非1BL/1RS不育系为母本与同一父本或不同父本测交,其F1平均结实率与单株间结实率的变异系数呈显著负相关; 3 4种异质非1BL/1RS小麦雄性不育系,各自不育细胞质源对杂种F1的平均结实率影响程度不同,但不育胞质间恢复度差异不显著; 4 4种异质非1BL/1RS小麦雄性不育系,虽然育性载体相同,但粘、易型的育性位点、偏型育性位点和二角型育性位点各自在同一连锁群中的位置可能不同; 5 4种异质非1BL/1RS不育系和恢复系基因除主效育性基因外,亦在不同核型中存在有不等量的育性微效基因和抑制基因,其组成形式和杂交后的结合方式是粘类不育系育性恢复度高低的主要判别.

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。

中国部分冬、春小麦品种(系)1BL/1RS易位系的A-PAGE检测

为了在春小麦品质育种中合理利用种质资源,采用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)对来自中国部分冬、春麦区的106份小麦品种和132份品系进行1BL/1RS易位系检测。结果表明,供试材料中共有63份为1BL/1RS易位系,频率为26.5%。其中106份品种中30份为1BL/1RS易位系,占供试品种的28.3%,且不同麦区之间1BL/1RS易位品种的频率不同。东北春麦区未发现1BL/1RS品种;西北春麦区和新疆冬春麦区易位系频率较高,均为50%;北部春麦区和青藏高原冬春麦区易位系频率较低,分别为16%和25%;冬麦区1BL/1RS易位系频率也较高(44%)。132份品系中,33份品系为1BL/1RS易位系,占供试品系的25%。