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人工合成六倍体小麦的遗传多样性研究与抗条锈病新基因的发掘

陈国跃  
【摘要】:众多的研究表明,栽培小麦狭窄的遗传基础不仅限制了作物产量和品质的进一步改良,而且使作物对生物性和非生物性环境胁迫的脆弱性增加:另一方面,小麦野生近缘种中存在有大量可用于小麦改良的优异基因。因此,发掘并利用野生近缘植物中的关键性基因源,对于拓宽小麦育种的遗传基础以及小麦育种和生产持续发展具有重要意义。 本项研究以分别引自国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)的97份和中国农业科学院作物品种资源研究所的16份人工合成六倍体小麦为材料,在进行抗白粉病和条锈病鉴定的基础上,分别从蛋白质和DNA水平对其遗传多样性进行了研究。获得以下主要结论: 1、在供试的113份材料中,54份材料对小麦白粉病菌15号生理小种具有抗性,其中16份呈免疫或近免疫;48份材料对条锈病生理小种条中31、条中32和水源14表现抗性,其中11份呈免疫或近免疫。 2、运用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)技术,对96份人工合成六倍体小麦分析结果表明,分离出的65条醇溶蛋白谱带在不同材料中出现频率的变化范围为1.04%-91.67%;在遗传多样性指数(H)及多态性信息含量(PIC)上,β(2.8066、0.9348)、ω(2.8778、0.8475)谱带区高于α(1.4311、0.7199)区;发现由3-5条组成、呈现整体遗传的醇溶蛋白群56个,这些醇溶蛋白群主要分布于γ-ω区及α区内:96份材料间的平均遗传距离为0.86,并在遗传距离为0.83水平上,将其划分为4个类群,类群间的关系基本反映了人工合成六倍体材料的系谱关系。 3、利用十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)技术,对103份人工合成六倍体小麦的高分子量谷蛋白亚基组成分析结果表明,在Glu-A1位点上共有5种变异类型,即“0”、“1”、“2~*”、“1’”和“2~(**)”,并以“0”为主;在Glu-B1位点上共发现12种等位变异类型,并以“14+15”、“7+8”、“6+8”三种类型出现的频率最高:在Glu-D1位点上也发现12种等位变异类型,值得注意的是,在该位点上出现了一未知亚基,该亚基的分子量比目前在普通小麦中发现的最小分子量的谷蛋白亚基12还小。此外,与普通小麦相比,某些分析材料的等位位点为杂合状态,存在潜在的遗传分化。 4、利用SSR分子标记技术,对95份人工合成六倍体小麦的分析结果表明,45对SSR引物(涉及A、B、D三个基因组6个同源群17条染色体共49个位点)共扩增出326个等位变异位点,平均每个SSR引物扩增出6.64个等位变异;在SSR位点多态性信息含量(PIC)和辛普森指数(SI)的表现上,D基因组(0.7792、1.7671)>B基因组(0.7037、1.36516)>A基因组(0.6561、1.2712):不同基因组在遗传相似性系数的表现上,A、B、D基因组分别为0.3887、0.3704和0.2526,说明不同材料间的遗传差异较大;通过UPGMA进行聚类分析时,由3个基因组分别聚类所得的 树状图各不相同,说明人工合成六倍体小麦遗传多样性在不同基因组上存在差异。 5、条锈病抗性鉴定和遗传分析表明,人工合成六倍体小麦M08携带一个显性抗条锈病基因; 利用SSR分子标记技术和F:群体分组分析法(BSA)研究表明,该抗条锈病基因位于小麦3BL, 与微卫星分子标记WMs77一13ob。、WMS285一23ob。和WMsl31一】6卿具有连锁关系,其中与 W-Msl31一,60bp之间的遗传距离为7.8 cM;结合系谱分析和抗条锈病基因推导分析,该基因来源于 硬粒小麦,是一个新的小麦抗条锈病基因,暂定名为乃城。。 上述研究结果说明,本项研究所分析的113份人工合成六倍体小麦,不仅携带有大量的抗白 粉病、抗条锈病和优质基因,而且具有广泛的遗传多样性,可作为栽培小麦改良的重要基因源加 以利用。


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