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《四川农业大学》 2007年
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夏繁用于构建小麦遗传群体的可行性及1BL/1RS易位系影响高分子量谷蛋白亚基遗传的研究

耿惠敏  
【摘要】: 上世纪70年代以来,在我国北方南温带北部和中温带南部的高纬度和高海拔冷凉地区,为了充分利用夏秋的雨水条件和云贵高原轮作倒茬的空闲季节,华南地区为克服春麦冬播生长后期低温的不利影响,而在夏季高温条件下种植小麦,称夏播小麦。有小麦育种工作者为了缩短育种时间曾用“连续追肥法”成功地在成都平原进行了夏季繁殖小麦,实现了一年两代种植小麦,大大缩短了育种时间。 自从小麦—黑麦1BL/1RS易位系于20世纪70年代初被发现,它已在世界范围内被广泛地利用于小麦育种。主要是因为它含有位于1RS上抗条锈、叶锈、秆锈和白粉病的基因Yr9、Lr26、Sr3和Pm8,同时具有较好的丰产性和适应性,使得1BL/1RS易位系在抗病、抗逆、增产方面显示出了独特的优越性。然而,黑麦染色体片段引入普通小麦后,却导致重要醇溶蛋白和低分子量谷蛋白亚基的减少,或者被品质较差的黑麦碱取代,引起小麦品质性状变劣。 尽管高分子量谷蛋白(HMW-Gs)只占小麦储藏蛋白的10%,但在很大程度上决定了面包的烘烤品质。HMW-GS对小麦品质的重要作用已得到普遍认可,亚基构成已成为品质育种的主要依据。因此,HMW-GS组成和1BL/1RS易位是决定小麦加工品质的关键因素。 本研究选用农艺性状及产量差别较大的川农18×川农19、川农21×川农22两个组合杂交,在雅安一年繁殖两代小麦,构建重组近交系和高代回交群体,以评价成都平原夏繁用于构建遗传群体的可行性。以1BL/1RS易位系小麦川农18分别作母本和父本与川农19杂交,统计正反交F_2单株后代中1BL/1RS易位染色体所占的比例及HMW-GS的遗传规律,研究1BL/1RS易位染色体在普通小麦中的传递及其对HMW-GS遗传的影响。取得的主要结果如下: 1.2005年4月初做杂交获得川农18×川农19、川农19×川农18、川农21×川农22杂种F_1。用连续追肥法首次在雅安当地成功夏繁,实现了一年两代的小麦繁种,通过一粒传的方法在雅安大田及当地夏繁加代,分别获得136和174株川农18×川农19,川农21×川农22 F_5代群体。 2.用连续追肥法夏繁的小麦在生物学上的表现为,种子经2—4℃48h处理后,出苗整齐;分蘖多,多达24个;幼苗习性为匍伏和半直立的均能正常抽穗结实;生育期短,只有100 d左右。在植物学上表现为,植株较矮,不足40 cm;穗小,但小穗数仍可达21—22个,籽粒大多不饱满。抽穗期与正季播种不完全一致。冬性较强的材料夏繁不易成功,经夏繁选出的材料对温度变得不敏感。夏繁不影响对白粉病和赤霉病抗性的调查。但是,在夏播条件下进行小麦加代,对多数遗传性状的选择难以提高准确性,用夏繁构建的作图群体进行QTL定位是不准确的。若用夏繁加速育种进程,凡需要选择的关键世代,应在原地正季播种,而夏繁只进行加速世代增加种子数量。 3.1BL/1RS染色体在F_2代的分离明显偏离了1(1B:1B):3(1BL/1RS:)的理论值,1BL/1RS所占的比例都低于75%,说明携带1BL/1RS染色体的配子在从F_1传递到F_2代的过程中与携带1B染色体的配子在受精过程中存在选择,且通过雄配子传递的频率比通过雌配子传递的频率更低。这可能是由于1RS与1BS染色体的同源性相对较低,基因组间会在一定程度上产生遗传上的不平衡,因此传递率降低。 4.HMW-GS在正反交F_1代中呈共显性遗传。而在F_2代中,Glu-A1位点上的亚基在正反交中均呈3∶1的比例分离;Glu-B1位点上的亚基在川农18作父本时不呈1:2∶1的比例分离;Glu-A1与Glu-B1位点之间的组合在川农18作母本时与理论值(N,7+8):(N,7+9):(1,7+8):(1,7+9):(N,7+8+9):(1,7+8+9)=1∶1∶3∶3∶2∶6不符,这进一步说明了在F_1自交过程中确实存在对1BL/1RS负选择压。从而导致位于该易位染色体上的HMW-GS呈偏分离现象。 5.川农19×川农18杂交F_1代中的一粒还产生了两个亲本中都没有的HMW-GS。为确认这粒杂种的真实性,本实验分别检测了其F_2代的HMW-GS和醇溶蛋白亚基组成,发现变异的HMW-GS的确存在,一些后代中含有与父本相同的1BL/1RS易位染色体,进一步用SSR分子标记分析了变异株和非变异株,结果表明这粒变异的F_1杂种确系两个亲本的后代。其HMW-GS组成为(1,7+8,x+9,2+12),变异的亚基在SDS-PAGE电泳图上位于1Dx5和1Bx7亚基之间,迁移率与1Bx6相似。推测这变异可能与1BL/1RS有关。 6.用1Bx特异引物对变异株及两个亲本进行PCR扩增,均扩增出2500 bp的片段。变异株并没有出现与亲本差异的带,测序结果证实三条带均为1Bx7亚基的编码区,说明变异的亚基不仅在HMW-GS的高度重复区域发生了变化,导致表达产物分子量增大,还在N-末端和C-末端的保守区发生了变化,使得1Bx特异引物无法扩增出目标带。
【学位授予单位】:四川农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:S512.1

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