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《中国农业大学》 2004年
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小麦ISSR标记遗传差异及赤霉素代谢调控与杂种优势机理

杜金昆  
【摘要】: 本研究利用ISSR分子标记方法,研究了普通小麦、斯卑尔脱小麦、密穗小麦以及轮回选择后代之间的遗传差异,分析了遗传差异与杂种优势之间的关系,探索扩大杂交小麦育种亲本遗传基础和构建种(亚种)间小麦杂种优势群的途径,以提高杂交小麦的杂种优势潜力。在此基础上,选用普通小麦与诱变的早熟斯卑尔脱小麦种间杂交种,深入研究杂种与亲本的分蘖节激素含量差异与分蘖数杂种优势的关系,分析赤霉素代谢关键酶GA20-氧化酶基因在杂交种与亲本之间的时空表达变化特点,同时对玉米的杂种与亲本内源激素含量差异以及玉米GA20-氧化酶基因进行系统研究,以期为揭示激素,特别是赤霉素代谢调控与杂种优势表现的关系提供有价值的信息。主要研究结果如下: 1) ISSR分子标记研究显示,斯卑尔脱小麦和密穗小麦群体中存在较大的遗传变异,而且与普通小麦之间有较大的遗传差异,另外,以外源小麦为主的(北方冬麦区以外)轮回选择后代材料与普通小麦间也具有较大的遗传差异。据此,我们初步提出可以利用上述材料来丰富杂交小麦亲本的遗传基础,扩大亲本之间的遗传差异,并可望进一步提高小麦杂种优势潜力; 2) 田间杂种优势测定结果表明,不同杂种优势群之间组配的杂种F1杂种优势显著,但相关分析结果显示,仅有普通小麦与密穗小麦之间的杂交F1株高杂种优势与ISSR标记遗传距离呈极显著相关,其余性状相关均不显著,说明利用ISSR分子标记遗传差异不能准确预测小麦杂种优势,但根据ISSR分子标记可以帮助划分小麦杂种优势群,并初步提出构建普通小麦、斯卑尔脱小麦、密穗小麦和轮回选择后代4大类群; 3) 以普通小麦与斯卑尔脱小麦早熟诱变系种间杂交种与亲本为材料,对其分蘖与分蘖节内源激素含量的关系进行了研究。结果表明,分蘖盛期分蘖节中玉米素核苷ZR的含量与同时期的分蘖数呈显著正相关,ZR和IAA含量杂种优势与分蘖盛期分蘖数杂种优势也呈显著正相关。 4) 采用RT-PCR方法,克隆了小麦GA 20-氧化酶基因,研究该基因在品种间杂种与亲本种子发育中表达情况。结果发现,GA20-氧化酶基因在正反杂交当代种子的表达量高于亲本白交种子,这与GA含量杂种优势相一致,说明GA 20-氧化酶基因可能是导致杂交和自交当代种子中GA含量差异的关键。研究还发现,在种间杂种及其亲本中,GA 20-氧化酶基因在拔节期的茎和未展开叶片中表达模式为杂种增强;在分蘖盛期的根系和叶片中表现偏高亲表达;在孕穗期的幼穗中表现杂种减弱,穗下第一节间亲本与杂种的表达量一致; 5) 以玉米为研究材料,探讨了外源喷施GA对玉米株高以及内源激素含量的影响以及自交系与杂种对外源GA的响应程度。结果表明,外源喷施GA明显增加玉米株高每日生长量,而且内源GA的含最急剧增加,而其它内源激素的含量没有明显变化;另外还发现,与杂交种相比自交系亲本对外源喷施GA的敏感程度更高。我们还首次克隆了玉米GA20-氧化酶基因,并查明了其在玉米杂交种与自交系之间的表达情况。RT-PCR结果显示,该基因在苗期根、茎、未展开叶、以及发育中的雌穗、胚等器官中为杂种增强表达,而在成熟雄穗中则表现杂种减弱。另外,外源GA处理4小时后,两个亲本GA 20-氧化酶基因的转录水平有所提高,而杂种则迅速减弱; 此外,本文通过种间杂种与亲本间GA含量差异以及GA20-氧化酶基因在杂种与亲本间的差异表达对杂种优势形成的激素基础进行了讨论。
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