小麥-黑麥1RS-1BL易位系及4RS-4DL新型易位系的鑒定及分子細胞遺傳學(xué)研究.pdf

1、小麥(Triticum aestivum L.，AABBDD，2n=6x=42)作為世界主要的三大糧食作物之一，是人類最主要的食物來源，在世界農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展中占有舉足輕重的地位。然而由于長期的自然定向選擇、品種選育以及優(yōu)良品種的大面積推廣使得小麥種內(nèi)的遺傳多樣性逐漸喪失，遺傳變異范圍縮小，從而導(dǎo)致其抗病蟲害、抗逆性（干旱、鹽堿）的能力嚴重下降。小麥的近緣種屬蘊含著豐富的小麥所缺乏的優(yōu)良基因資源，對小麥的遺傳改良有著巨大的潛在價值。通過

2、易位系將這些外源優(yōu)良基因轉(zhuǎn)移到普通栽培小麥，是當前小麥遺傳改良的一個有效途徑。因此，易位系的培育成為許多育種家的研究目標。黑麥是小麥改良中應(yīng)用最成功的近緣物種之一，其中，以1RS/1BL易位最為典型。然而近30年來，由于新的病原生理小種的產(chǎn)生使得大多數(shù)的1RS/1BL易位系小麥品種相繼喪失了抗性，最終導(dǎo)致了1RS/1BL易位系在小麥生產(chǎn)上使用頻率的下降。因此，創(chuàng)制新的小麥-黑麥易位系迫在眉睫。
　　本實驗主要采用C-帶、基因組原位

3、雜交(GISH)和熒光原位雜交(FISH)的細胞學(xué)方法對小麥植株12-26和12-39的自交后代材料進行了分析。12-26和12-39為小麥品系A(chǔ)42912與威寧黑麥自交系R3遠緣雜交的后代材料。結(jié)合田間農(nóng)藝性狀表現(xiàn)，選育小麥-黑麥新型易位系，同時研究黑麥外源染色質(zhì)向小麥遺傳背景漸滲的過程中小麥染色體結(jié)構(gòu)和基因組結(jié)構(gòu)的變化。最終得到了以下的一些創(chuàng)新性結(jié)果:
　　1.對材料12-39后代進行細胞學(xué)鑒定，從中篩選了一個1R單體附加系1

4、2-39-5(2n=43)。隨后，對1R單體附加系12-39-5的191個后代植株進行細胞學(xué)分析，在11個后代植株中觀察到了染色體易位現(xiàn)象，易位頻率約占5.7％。染色體易位包括了小麥-黑麥染色體易位和黑麥1R染色體臂間的易位。這一結(jié)果證實了1R單體附加系能夠高頻率地誘導(dǎo)染色體易位的產(chǎn)生。
　　2.對材料12-26的8個后代植株進行細胞學(xué)鑒定，12-26-1含有1條1RS/1BL易位染色體(2n=42);12-26-2含有1條4RS

5、/4DL易位染色體(2n=42);12-26-3、12-26-4、12-26-5、12-26-6和12-26-7含有1條1RS/1BL和1條4RS/4DL易位染色體(2n=42);而12-26-8不含黑麥染色質(zhì)成分。其中，4RS/4DL是一個新型的小麥-黑麥易位染色體，這在前人的研究文獻中還未見有報道。
　　3.為了解易位染色體在自交過程中的傳遞規(guī)律，我們分別對1RS/1BL雜合易位植株12-26-1、4RS/4DL雜合易位植株1

6、2-26-2、以及1RS/1BL和4RS/4DL雙雜合易位植株12-26-3、12-26-4、12-26-6的自交后代進行細胞學(xué)鑒定。1RS/1BL易位染色體在植株12-26-1、12-26-3、12-26-4和12-26-6的自交后代中的傳遞率分別是79.8％，63.3％，82.4％和67.3％。4RS/4DL易位染色體在植株12-26-2、12-26-3、12-26-4和12-26-6的自交后代中的傳遞率分別是56.2％，55.9％

7、，57.0％和56.4％。1RS/1BL易位染色體在自交后代中的傳遞率均比4RS/4DL易位染色體高，這說明了1RS對1BS具有較強的補償作用，而4RS對4DS的補償作用較差。此外，在雜合1RS/1BL易位植株12-26-1和雜合4RS/4DL易位植株12-26-2的自交后代中，純合易位、雜合易位和不含易位的植株三者的比例偏離了孟德爾分離定律，不符合1∶2∶1的分離比。該結(jié)果為育種家在純合易位系的選育過程中提供了一個新的認知。
　

8、　4.對來自12-26-2的6個純合4RS/4DL易位系植株的田間抗病性和農(nóng)藝性狀進行調(diào)查。純合4RS/4DL易位系植株對條銹病免疫，而親本小麥A42912感條銹病。這表明4RS染色體臂上含有條銹病抗性基因。目前，來自黑麥的條銹病抗性基因包含了正式命名的Yr9以及暫時命名的YrR212和YrCN17，并且這3個抗性基因都定位于黑麥1RS染色體臂上。因此，我們推斷4RS上的條銹病抗性基因是一個新基因，為小麥條銹病抗性育種提供了一個新的抗源

9、。農(nóng)藝性狀調(diào)查結(jié)果顯示，純合4RS/4DL易位系植株在田間長勢弱，株高都約為50cm左右，分蘗弱，紫殼長芒，穗小，結(jié)實差。綜合前人的研究，我們推測本實驗中導(dǎo)致4RS/4DL易位系植株農(nóng)藝性狀表現(xiàn)差的原因主要有以下兩點:(1)黑麥4RS染色體臂對小麥4DS染色體臂的補償效應(yīng)差，不能完全補償;(2)與親本A42912的遺傳背景有關(guān)。
　　5.對1RS/1BL和4RS/4DL雙雜合易位植株12-26-3、12-26-4、12-26-6的

10、自交后代進行細胞學(xué)鑒定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了大量的染色體結(jié)構(gòu)變異，如染色體斷裂、染色體數(shù)目變異、羅伯遜易位的產(chǎn)生、雙著絲粒染色體、環(huán)狀染色體以及其它復(fù)雜的染色體結(jié)構(gòu)變異。實驗中涉及結(jié)構(gòu)變異的小麥染色體有:4A、5A、2B、3B、5B、6B、7B、1D、2D、3D、4D、6D、7D以及重復(fù)序列探針不能識別的部分A組染色體。這表明了1RS/1BL和4RS/4DL雙雜合易位在遺傳上不穩(wěn)定，容易導(dǎo)致后代植株中產(chǎn)生染色體結(jié)構(gòu)變異。這在前人的研究中還未有報道