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《西北农林科技大学》 2004年
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粘类小麦CMS分子细胞遗传学研究及其育性基因载体替换后新不育体系的建拓

王小利  
【摘要】：小麦细胞质雄性不育(CMS)是小麦杂种优势利用的重要途径之一，也是小麦遗传 育种研究的一个主要领域，而新的核质互作类型的发掘及研究是其重要的基础工作。 具有偏凸山羊草(Ae.ventricosa)、粘果山羊草(Ae.kotschyi)、易变山羊草(Ae.variabilis) 和二角山羊草(Ae.bicornis)细胞质的粘类 1B/1R 不育系具有易保持、易恢复，农艺性 状优良，种子饱满等特点，为其组配强优势组合和优化制种技创造了极有利条件，是 很具有应用价值的不育系。本研究对粘类小麦雄性不育系、保持系进行分子细胞遗传 学鉴定和 RAPD 分析，为小麦细胞质雄性不育系的选育提供一套有效的鉴定方法。 在此基础上利用一批远缘杂交后代的稳定材料对其杂交，并对二角山羊草细胞质不育 系育性特异性进行了 APAGE、过氧化物同工酶和花药细胞学分析，同时，对新转育 的二角型非 1BL/1RS 小麦雄性不育系进行了育性和恢复性研究，建立了二角型非 1BL/1RS 易位型小麦雄性不育新体系。得出以下结论： 1．利用 ＡＰＡＧＥ、Ｃ－分带、ＲＡＰＤ 和原位杂交技术对不同核型的具有粘果山羊草、 易变山羊草、偏凸山羊草和二角山羊草细胞质的粘类小麦雄性不育系进行分子细胞遗 传学标记检测。ＡＰＡＧＥ 分析发现，不育系 ５－１ 和 ７－２１ 与 １ＢＬ／１ＲＳ 易位型不育系 ７７（２）、 ８２２２、偃师 ９ 号、８３（３７）６５、８０（６）　一样均含有 １ＲＳ 醇溶蛋白标记位点 Ｇｌｄ１Ｂ３。 根尖染色体 Ｃ－分带显示 ５－１ 和 ７－２１ 含有 １ＲＳ 端带。ＲＡＰＤ 表明不育系 ５－１ 和 ７－２１ 在 ３５０ｂｐ 具有黑麦的特异带。原位杂交显示 ５－１ 和 ７－２１ 均为　１ＢＬ／１ＲＳ 易位，且易位片 段发生在 １ＢＳ 端部。从蛋白质、细胞学、分子水平以及连接细胞与分子的原位杂交技 术为小麦细胞质雄性 １Ｂ／１Ｒ 和非 １Ｂ／１Ｒ 不育系的选育提供了一套有效的鉴定方法。同 时，证实了不同 １ＢＬ／１ＲＳ 易位不育系中 １ＲＳ 片段大小的差异，直接影响着育性稳定性 和易恢复性的表现。　 ２．通过总 ＤＮＡ 浓度测定和 ＰＣＲ 反应条件优化，利用 ２５０ 条 １０－聚寡核苷酸随机 引物对具粘果山羊草、易变山羊草、偏凸山羊草和二角山羊草细胞质不育系及其保持 系 ５－１ 的总 ＤＮＡ 进行了 ＲＡＰＤ 多态性分析，结果表明：在 ２５０ 条随机引物中，３１ 条引 物对 ４ 种不育系及其保持系总 ＤＮＡ 均无扩增，２１７ 条引物扩增条带完全相同，有 ２ 条 随机引物在 ２ 种不育系之间有特异的扩增片段，其中引物 Ｓ２２ 对偏凸山羊草细胞质雄 WP=6 2 粘类小麦 ＣＭＳ 分子细胞遗传学研究及其育性基因载体替换后新不育体系的建拓 性不育系有特异扩增带，分子量大小约为 １６００　ｂｐ，引物 Ｓ２０２ 对粘果山羊草细胞质 雄性不育系在 １３００ｂｐ 有特异扩增带。利用 Ｓ２２ 和 Ｓ２０２ 对其 ｍｔＤＮＡ 进行扩增，Ｓ２２ 也 能扩增出分子量大小约为 １６００　ｂｐ 的偏凸山羊草 ｍｔＤＮＡ 特异片段，而 Ｓ２０２ 对 ４ 种不 育系及其保持系 ｍｔＤＮＡ 则没有扩增出表现 １３００ｂｐ 的特异带。ＲＡＰＤ 分析证明了 ４ 种不 育系及其保持系 ｍｔＤＮＡ 存在明显的差异。　 3．利用大量小麦品种（系）对具有粘果、易变、偏凸和二角山羊草细胞质的粘 类小麦雄性不育系杂交，发现大部分粘类的共同保持系表现出1BL/1RS易位系的1RS 醇溶蛋白标记位点Gld1B3，为非1BL/1RS不育系的选育提供了必要的手段；利用一批 远缘杂交后代的稳定材料对粘类小麦雄性不育系杂交，发现二角山羊草细胞质与小麦 核内的遗传物质组成两个不同的不育系统，粘、易、偏型不育系育性基本表现一致， 而二角型不育系除了与前三种不育系具有相同的保持系以外，对某些非1BL/1RS小麦 品种（系）还表现出育性特异性；粘、易、偏和二角型同核异质不育系５－１及其与Ｖ９１２５ 杂交Ｆ１过氧化物同工酶分析表明，粘、易、偏和二角型不育系５－１过氧化物同工酶带型 基本表现一致，而二角型不育系５－１杂交Ｆ１过氧化物同工酶则表现出酶带减少变弱。　 4. 采用小簇麦、小滨麦和小新麦杂交后的稳定优良后代材料 Ｖ９１２５、Ｍ８５３ 和 Ｈ９０２１，对 １ＢＬ／１ＲＳ　二角型雄性不育系回交置换，经育性染色体替换，获得新不育再 现，由此建立了新型二角山羊草细胞质小麦雄性不育系 ｍｓ（Ａｅ．　ｂｉｃｏｒ）－Ｖ９１２５、　ｍｓ （Ａｅ．　ｂｉｃｏｒ）－Ｍ８５３　和 ｍｓ（Ａｅ．　ｂｉｃｏｒ）－Ｈ９０２１。利用染色体制片、原位杂交、分 子标记对 Ｖ９１２５、　Ｍ８５３　和 Ｈ９０２１ 进行分子细胞遗传学检测，并对新型二角山羊草细 胞质小麦雄性不育系育性恢复性机理进行了初步研究。结果表明：Ｖ９１２５ 为小麦－簇 毛麦易位系，Ｍ８５３ 为小麦－滨麦端部易位系，Ｈ９０２１ 为小麦－华山新麦草端部易位系。 利用一些非 １ＢＬ／１ＲＳ 小麦品种（系）与这三个新型不育系及 １ＢＬ／１ＲＳ　型不育系 ｍｓ（Ａｅ．　 ｂｉｃｏｒ）－５－１ 杂交，新型二角山羊草细胞质小麦雄性不?
【关键词】：小麦 细胞质雄性不育 二角山羊草 分子细胞遗传学 育性特异性
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：S512.1
【目录】：
  • 第一章 文献综述14-45
  • 1.1 小麦细胞质雄性不育研究进展14-22
  • 1.1.1 小麦雄性不育细胞质来源14-16
  • 1.1.2 粘类 1ＢＬ／1ＲＳ 型小麦细胞质雄性不育系研究16-18
  • 1.1.2.1 粘类小麦雄性不育系细胞质的分子定位16
  • 1.1.2.2 诱导单倍体性16-17
  • 1.1.2.3 育性恢复性研究17-18
  • 1.1.3 Ｄ2型小麦细胞质雄性不育研究18-20
  • 1.1.3.1 Ｄ2型细胞质对光周期的敏感性18-19
  • 1.1.3.2 Ｄ2型小麦雄性不育系细胞质的分子定位19
  • 1.1.3.3 Ｄ2型小麦细胞质雄性不育恢复性研究19-20
  • 1.1.4 小麦雄性不育的细胞学研究20-21
  • 1.1.5 小麦细胞质雄性不育的生理生化特征21-22
  • 1.2 植物雄性不育的分子生物学研究进展22-32
  • 1.2.1 植物细胞质雄性不育的分子生物学研究进展22-29
  • 1.2.1.1 细胞质有关ＣＭＳ 基因的定位23
  • 1.2.1.2 ＣＭＳ 有关线粒体基因与育性恢复基因的互作研究23-26
  • 1.2.1.2.1 玉米 Ｔ－ＣＭＳ23-24
  • 1.2.1.2.2 油菜 ＣＭＳ24-26
  • 1.2.1.2.3 小麦 Ｄ2－ＧＭＳ26
  • 1.2.1.3 分子标记辅助 ＣＭＳ 恢复系培育26-27
  • 1.2.1.4 细胞质遗传改良的生物技术方法27-29
  • 1.2.1.4.1 原生质融合27-28
  • 1.2.1.4.2 细胞器转移28
  • 1.2.1.4.3 利用基因工程创造细胞质雄性不育系28-29
  • 1.2.2 植物核不育的基因工程技术研究进展29-32
  • 1.2.2.1 植物雄性不育机制及相关启动子和基因的研究29-30
  • 1.2.2.2 创造雄性核不育系的技术途径30-31
  • 1.2.2.3 转基因雄性不育系不育、保持和育性恢复31-32
  • 1.3 小麦中外源遗传物质的创制与鉴定32-42
  • 1.3.1 小麦中外源遗传物质的创制32-35
  • 1.3.1.1 染色体组操纵32
  • 1.3.1.2 整条染色体操纵32-33
  • 1.3.1.3 染色体片段的转移33-34
  • 1.3.1.3.1 用辐射诱导染色体易位33
  • 1.3.1.3.2 用细胞、组织培养诱导染色体易位33-34
  • 1.3.1.3.3 利用遗传控制体系诱导染色体易位34
  • 1.3.1.3.4 利用杀配子染色体的遗传效应诱导染色体易位34
  • 1.3.1.3.5 着丝点断裂-融合诱导易位34
  • 1.3.1.4 染色体微切割34-35
  • 1.3.2 小麦中外源遗传物质的鉴定35-42
  • 1.3.2.1 形态标记35
  • 1.3.2.2 细胞学鉴定35-36
  • 1.3.2.2.1 染色体计数和染色体构型分析36
  • 1.3.2.2.2 染色体分带36
  • 1.3.2.3 利用生化标记鉴定外源遗传物质36-37
  • 1.3.2.3.1 同工酶36-37
  • 1.3.2.3.2 利用种子贮藏蛋白鉴定外源遗传物质37
  • 1.3.2.4 分子原位杂交37-39
  • 1.3.2.5 分子标记39-42
  • 1.3.2.5.1 ＲＦＬＰ39-40
  • 1.3.2.5.2 ＲＡＰＤ40
  • 1.3.2.5.3 ＡＦＬＰ40-41
  • 1.3.2.5.4 ＳＳＲ41
  • 1.3.2.5.5 ＳＣＡＲ 和 ＳＴＳ41-42
  • 1.4 本研究的目的意义和研究方案42-45
  • 1.4.1 本研究的目的意义42-44
  • 1.4.2 本研究的方案44-45
  • 第二章 粘类小麦细胞质雄性不育系的分子细胞遗传学鉴定45-56
  • 2.1 材料与方法46-47
  • 2.1.1 试验材料46
  • 2.1.2 试验方法46-47
  • 2.1.2.1 染色体制片46
  • 2.1.2.2 染色体 Ｃ－分带46
  • 2.1.2.3 ＡＰＡＧＥ 分析46-47
  • 2.1.2.4 原位杂交47
  • 2.1.2.5 幼穗细胞学制片47
  • 2.2 结果与分析47-51
  • 2.2.1 ＡＰＡＧＥ 分析47-48
  • 2.2.2 根尖染色体随体48-49
  • 2.2.3 根尖染色体 Ｃ－分带49-50
  • 2.2.4 ＲＡＰＤ 标记50-51
  • 2.2.5 染色体原位杂交51
  • 2.3 讨论51-56
  • 2.3.1 分子细胞遗传学实验技术在小麦 CMS 系选育中的应用51-52
  • 2.3.2 偏、粘、易、二角型不育系 5－1 的易恢复性52-53
  • 2.3.3 随体与育性恢复53-56
  • 第三章 粘类小麦细胞质雄性不育系的 ＲＡＰＤ 分析56-63
  • 3.1 材料和方法57-58
  • 3.1.1 材料57
  • 3.1.2 方法57-58
  • 3.1.2.1 总 ＤＮＡ 提取57
  • 3.1.2.2 ｍｔＤＮＡ 提取57-58
  • 3.1.2.3 ＲＡＰＤ分析58
  • 3.2 结果与分析58-61
  • 3.2.1 ＤＮＡ 浓度的测定58-59
  • 3.2.2 引物筛选结果59-60
  • 3.2.2.1 总 ＤＮＡ 筛选结果59-60
  • 3.2.2.2 ｍｔＤＮＡ 筛选结果60
  • 3.2.3 同质异核不育系 ｍｔＤＮＡ 的比较60-61
  • 3.3 讨论61-63
  • 第四章 二角山羊草细胞质小麦雄性不育系的育性特异性63-72
  • 4.1 材料与方法63-65
  • 4.1.1 试验材料64
  • 4.1.1.1 不育系64
  • 4.1.1.2 测试品种(系)64
  • 4.1.1.3 对照材料64
  • 4.1.2 方法64-65
  • 4.1.2.1 杂种 Ｆ1恢复度的调查64
  • 4.1.2.2 ＡＰＡＧＥ 分析64
  • 4.1.2.3 过氧化物同工酶分析64-65
  • 4.2 结果与分析65-70
  • 4.2.1 四种同核异质不育系5－1与普通小麦品种(系)的杂交65
  • 4.2.2 同核异质不育系5－1与远缘杂交后代材料杂交Ｆ1的育性表现65-69
  • 4.2.3 同核异质不育系5－1及杂交Ｆ1花药过氧化物同工酶分析69-70
  • 4.3 讨论70-72
  • 第五章 新型二角山羊草细胞质小麦雄性不育系的育性和恢复性研究72-85
  • 5.1 材料与方法73-74
  • 5.1.1 试验材料73
  • 5.1.2 试验方法73-74
  • 5.1.2.1 染色体制片73
  • 5.1.2.2 原位杂交73-74
  • 5.1.2.3 ＳＣＡＲ 分子标记74
  • 5.1.2.4 杂种 Ｆ1恢复度的调查74
  • 5.2 结果与分析74-80
  • 5.2.1 新型二角山羊草细胞质小麦雄性不育系的鉴定74-77
  • 5.2.1.1 3个保持系的细胞遗传学鉴定74-76
  • 5.2.1.2 3个保持系的原位杂交76-77
  • 5.2.1.3 V9125 的特异性 PCR 标记鉴定77
  • 5.2.2 新型二角型小麦雄性不育系的育性研究77
  • 5.2.3 新型二角山羊草细胞质小麦雄性不育系的恢复性研究77-80
  • 5.3 讨论80-85
  • 5.3.1 新二角型小麦雄性不育的遗传机理80-81
  • 5.3.2 新二角型小麦雄性育性恢复基因来源81-82
  • 5.3.3 二角型小麦雄性不育系的特点82-85
  • 第六章 二角型小麦雄性不育系的细胞学研究85-92
  • 6.1 材料和方法85-86
  • 6.1.1 材料85
  • 6.1.2 方法85-86
  • 6.1.2.1 幼穗染色体制片86
  • 6.1.2.2 石蜡制片86
  • 6.2 结果与分析86-89
  • 6.2.1 二角型同质异核不育系减数分裂观察86-87
  • 6.2.2 二角型同质异核不育系的花药细胞学研究87-89
  • 6.3 讨论89-92
  • 第七章 结论92-95
  • 7.1 本研究的结论92-93
  • 7.2 本研究的进一步设想93
  • 7.3 本研究的创新点93-95
  • 参考文献95-107
  • 致谢107-108
  • 作者简介108

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1 孔凡晶;簇毛麦抗白粉病基因的染色体显微切割及其抗病相关基因克隆的研究[D];中国农业科学院;2001年
2 铁双贵;玉米S组CMS育性不稳定现象遗传与基因定位[D];华中农业大学;2000年
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4 曹墨菊,荣廷昭;玉米同核异质不育系与测验系杂交不同回交后代的育性观察[J];玉米科学;1998年04期
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6 张瑞茂,李敏,侯燕;甘蓝型油菜细胞质雄性不育新材料RM5637A的遗传研究[J];中国油料作物学报;2002年02期
7 杨光圣,傅廷栋;环境条件对油菜细胞质雄性不育的影响[J];中国油料作物学报;1987年03期
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8 杨胜利;马玉霞;吕海英;;小麦优质化技术发展趋势与推广对策[A];第三届中国农业推广研究征文优秀论文集[C];2001年
9 杨夏平;;广增素对玉米、小麦的增产效果试验初报[A];内蒙古农学会2004学术年会论文集[C];2004年
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1 王小利;粘类小麦CMS分子细胞遗传学研究及其育性基因载体替换后新不育体系的建拓[D];西北农林科技大学;2004年
2 王继华;小麦T型细胞质雄性不育相关蛋白的表达及育性恢复基因Rf3的分子标记的研究[D];东北农业大学;2004年
3 铁双贵;玉米S组CMS育性不稳定现象遗传与基因定位[D];华中农业大学;2000年
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9 侯文胜;优化三种遗传转化体系创造转抗虫基因小麦（Triticum aestivum）新种质[D];西北农林科技大学;2001年
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6 鲍海滢;小麦核不育基因Ms2的分子标记[D];中国农业科学院;2000年
7 丁朋辉;三个YS型小麦温敏不育系的温敏特性差异比较及其1Bs染色体SSR标记[D];西北农林科技大学;2008年
8 吴少方;小麦K型不育系育性恢复基因的效应分析[D];河南农业大学;2007年
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10 黄福龙;大豆（Glycine max）细胞质雄性不育系线粒体基因组的RAPD分析[D];东北师范大学;2007年
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