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《中国农业科学院》 2012年
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偃麦草属着丝粒序列组成分析及小麦—十倍体长穗偃麦草广谱抗锈易位系的鉴定

郝薇薇  
【摘要】:偃麦草属植物是迄今在小麦育种中利用最成功的小麦近缘种属之一,为小麦品种改良提供了优异的基因资源。真核生物的着丝粒保证了细胞分裂中染色体准确分离。外源染色体在细胞中的去留与着丝粒有千丝万缕的关系。了解偃麦草属植物和小麦着丝粒组成的异同,将为小麦远缘杂交育种提供一些理论依据,提高远缘杂交育种的效率。本文对偃麦草着丝粒序列和小麦-十倍体长穗偃麦草杂交后代进行了研究,取得了以下主要结果: 1、构建了偃麦草属祖先种二倍体拟鹅冠草(Pseudoroegneiria stipifolia,2n=14, StSt)的BAC文库,根据禾本科着丝粒特异序列CCS1设计的引物筛选BAC克隆。结合荧光原位杂交,筛选到1个着丝粒特异的BAC克隆和2个着丝粒及近着丝粒区相关的BAC,构建了这3个BAC克隆的Shotgun文库,并完成了测序和组装。 2、发现Ps. stipifolia的着丝粒区包含与小麦着丝粒区特异的反转录转座子CRW、Quinta及unnamedfam6的同源序列,相似性均在85%以上;在Ps. stipifolia的着丝粒区,还发现一种尚未见报道的串联重复序列,基序长度约为500bp,暂命名为CentSt。在小麦中也存在CentSt的同源序列,串联重复单元长度为550bp,两者相似性约85%。 3、利用CRW、Quinta、unnamedfam6和CentSt分析四倍体拟鹅冠草(2n=28, StSt)、四倍体长穗偃麦草(2n=28, EeEe)、中间偃麦草(2n=42, StEbEe)和十倍体长穗偃麦草(2n=70, StStEbEeEx)的着丝粒组成,发现除了四倍体长穗偃麦草中没有检测到unnamedfam6的信号外,其它的三个物种中都含有这些元件,但是它们的分布规律不尽相同。说明在偃麦草多倍体化的过程中,着丝粒的序列组成也在发生着急剧的变化。 4、同源克隆了Ps. stipifolia、Th. elongatum(2n=14, EeEe)、Th. bessarabicum(2n=14, EbEb)、中间偃麦草和十倍体长穗偃麦草中着丝粒功能关键蛋白CENH3的编码基因,它们与小麦的CENH3基因相似性在95%以上。小麦的CENH3蛋白抗体能够结合在偃麦草染色体的着丝粒区。以上结果说明偃麦草属的着丝粒在DNA组成上和着丝粒关键蛋白水平上与小麦有很高的相似性,为偃麦草染色体在小麦背景下的稳定传递提供了可能,也为其与小麦染色体的重组提供了更多机会。 5、从普通小麦与十倍体长穗偃麦草的杂交、回交后代中,获得了对小麦条锈病流行混合小种具有广谱抗性的新种质。通过对其进行条锈病抗性鉴定、农艺性状调查、分子细胞学和品质相关性状分析发现:这批材料在苗期普遍表现为轻度感病,但成株后则完全高抗或免疫,对8份材料进行了连续三年的人工接种鉴定,抗性表现十分稳定,对多个致病小种及混合小种具有很好的抗性,这些材料根尖细胞染色体均为2n=42,农艺性状良好。原位杂交分析显示这些材料中含有同一个易位片段,即在4DS末端有一来自长穗偃麦草St基因组的小片段,其中一个品系(GDR3)还携带一个未能准确定位的小片段易位,该材料对混合小种的抗性优于其它材料。推测这两个小片段易位上均携带抗条锈病基因。高分子量麦谷蛋白分析表明,这批材料均含有优质亚基14+15。新的广谱抗性易位系的育成,将有可能在我国小麦抗锈育种中发挥重要作用。 总之,偃麦草属植物着丝粒在DNA组成和着丝粒关键蛋白CENH3水平上与小麦相似性很高,为偃麦草染色体在小麦背景下的稳定传递提供了可能,也为其与小麦染色体的重组提供了更多的机会。小麦与偃麦草染色体自发抗病易位系的发生和发现,从一个侧面证明了前一结论的可靠性,这些工作为未来的作物远缘杂交育种选材提供了新的视角,即物种间享有共同的着丝粒序列是外源染色体稳定传递的重要基础,也为自发易位和重组的发生创造了机会。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:S512.1

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【参考文献】
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