八倍体小滨麦与硬粒小麦杂交后代的分子细胞学研究

【摘要】八倍体小滨麦M842-16（octoploidTritileymus，AABBDDNsNs）是通过普通小麦（Triticumaestivum，AABBDD）品种7182和滨麦（Leymusmollis，NsNsXmXm）杂交，经幼胚拯救和秋水仙素染色体加倍获得的一个双二倍体材料，具有滨麦的大穗多花、茎秆粗壮、抗病抗逆强等优良性状，同时也具有籽粒不饱满，结实率低和晚熟等不利性状。为了更好的研究和利用滨麦的优异性状，本研究通过八倍体小滨麦M842-16与硬粒小麦品种D4286（AABB，2n=28）的杂交，利用细胞学、原位杂交、分子标记和农艺性状调查等方法对后代材料进行了研究。主要研究结果如下：（1）八倍体小滨麦与硬粒小麦杂交后代的分子细胞遗传学鉴定：利用细胞学、基因组原位杂交（Genomicinsituhybridization，GISH）技术和表达序列标签-序列标签位点（Expressedsequencetag-sequencetaggedsites，EST-STS）分子标记技术，对八倍体小滨麦M842-16和硬粒小麦D4286的杂交后代材料进行鉴定，在F5-F7代，共筛选出来9种类型的共22个遗传稳定的小滨麦异代换系。其中，2种含有2条Ns染色体的二体异代换系，外源染色体分别为2Ns和3Ns；3种含有4条Ns染色体的多重异代换系，外源染色体组成分别为：2Ns和3Ns，3Ns和6Ns，3Ns和7Ns；4种含有6条Ns染色体的多重异代换系，外源染色体组成分别为：2Ns、3Ns和7Ns，2Ns、6Ns和7Ns，3Ns、5Ns和7Ns，3Ns、6Ns和7Ns。另外有20多个含有Ns完整染色体和/或Ns易位染色体片段的不稳定的小滨麦衍生系材料有待进一步。（2）小滨麦二体代换系DM57分子细胞遗传学研究和农艺性状分析：细胞学观察结果显示：DM57染色体数目和构型为2n=42=21II；以华山新麦草基因组DNA为探针的根尖体细胞和花粉母细胞GISH结果显示：DM57含有2条Ns染色体，并且能够正常配对形成一个二价体而稳定遗传；以重复序列pAs1为探针的荧光原位杂交（Fluorescentinsituhybridization，FISH）和简单重复序列（SimpleSequenceRepeat，SSR）分析结果显示：DM57缺失了小麦D基因组的3D染色体；EST-STS分析及特异条带的序列比对结果显示：普通小麦第三同源群的EST-STS引物在DM57能扩增出来与八倍体小滨麦M842-16和滨麦相同的而普通小麦7182和硬粒小麦D4286没有的条带，说明DM57含有与八倍体小滨麦M842-16和滨麦第三同源群基因组相同的遗传物质，即转入了滨麦3Ns染色体。所以DM57是一个由20对小麦染色体和1对滨麦3Ns染色体组成的遗传稳定的小滨麦3D/3Ns二体异代换系。农艺性状数据分析显示：与普通小麦亲本7182相比，DM57的分蘖增多，穗长增长，千粒重增加，并且高抗叶锈病，但是也出现了株高偏高、自交结实率降低的不利性状。与重复序列pAs1在3D染色体上的杂交位点比较，DM57中3Ns染色体上的长臂端部、近端部以及短臂端部所显示的杂交位点与3D具有很高的一致性，只是3Ns染色体上缺少了3D染色体短臂中部的杂交位点，该特征可以用来鉴定滨麦的3Ns染色体。（3）小滨麦多重异代换系DM50分子细胞遗传学研究和农艺性状分析：细胞学观察显示：DM50染色体数目和构型为2n=42=21II；以华山新麦草基因组DNA为探针的根尖体细胞和花粉母细胞GISH结果显示：DM50含有6条Ns染色体，并且能够正常配对形成3个二价体而稳定遗传；SSR分析结果显示：小麦1D、2D、4D和5D染色体上的引物能在DM50扩增出目标条带，而3D、6D和7D染色体上的引物在DM50不能扩增出来目标条带，表明DM50缺失了小麦的3D、6D和7D染色体；EST-STS分析及特异条带的序列比对结果显示：普通小麦第三、第六和第七同源群的EST-STS引物在DM50能扩增出来与八倍体小滨麦M842-16和滨麦相同的而普通小麦7182和硬粒小麦D4286没有的条带，说明DM50含有与八倍体小滨麦M842-16和滨麦第三、第六和第七同源群基因组相同的遗传物质，即转入了滨麦的3Ns、6Ns和7Ns染色体。所以DM50是一个由18对小麦染色体和3对滨麦Ns染色体组成的遗传稳定的小滨麦多重异代换系。农艺性状数据分析显示，与普通小麦亲本7182相比，DM50的株高较低，分蘖增多，穗长增长，千粒重增加，并且高抗叶锈病，但自交结实率显著下降。（4）4个小滨麦多重异代换系中小麦染色体的组成FISH分析：含有4条Ns染色体的多重异代换系DM92缺失了3D和6D染色体，DM96缺失了2D、3D和6D染色体；含有6条Ns染色体的多重异代换系DM99缺失了2D、3D和7D染色体，DM108缺失了3D、5D和7D染色体。结合EST-STS结果分析表明，4个多重异代换系含有的滨麦Ns基因组染色体与缺失的小麦D基因组染色体都形成部分同源群对应关系。（5）滨麦Ns基因组特异EST-STS引物的筛选：选用595对小麦A、B和D基因组上具有共线性的EST-STS引物，对含有滨麦Ns染色体的材料（八倍体小滨麦M842-16、滨麦）和不含有Ns染色体的材料（普通小麦7182、硬粒小麦D4286）进行扩增分析，筛选出滨麦Ns基因组出现特异条带的引物34对，其中第一同源群7对，第二同源群4对，第三同源群4对，第四同源群2对，第五同源群2对，第六同源群6对，第七同源群9对。这些引物可以作为检测小麦背景中滨麦Ns染色体的分子标记加以利用。其中，第七同源群EST-STS引物BF201560在滨麦中特异条带的序列与胁迫响应蛋白基因Srg6相似性非常高。
【作者】庞玉辉；
【导师】陈新宏；
【作者基本信息】西北农林科技大学，作物遗传育种，2014，博士
【关键词】小麦；滨麦；异代换系；分子标记；原位杂交；

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