中间偃麦草基因组特异的STS标记系列开发及验证

【摘要】：因长期驯化及育种实践所导致的遗传基础狭窄,已成为限制小麦(Triticzum aestivum L.,2n=6x=42,ABD)这一主粮作物进一步改良的瓶颈。因此,急需增强小麦的遗传多样性,以保证它对生物胁迫(如锈病、白粉病等)、非生物胁迫(如旱害、高温、盐害等)的适应性及未来的食物安全。野生近缘种是小麦优异遗传变异的重要来源,且为通过远缘杂交导入新基因提供了良机。中间偃麦草(Thinopyrum intermedium,2n=6x=42,JJsSt)是用于小麦遗传改良最为成功的野生近缘物种之一,它拥有小麦本身所不存在的优良基因,包括抗病、多年生以及对非生物胁迫的抗耐性。要想成功导入偃麦草的优良基因,一个关键环节是能否快速识别与准确鉴定小麦中载有目标基因的外源染色体或其片段。但目前重组系的鉴定通常是利用费时费力的细胞遗传学方法且难以实现高通量化。因此,建立可覆盖整个基因组的,且能够高通量检测的中间偃麦草染色体特异标记系列,对小麦外源基因导入、加速小偃麦远缘杂交及染色体工程育种的进程至关重要。本研究利用已公布的中间偃麦草的GBS探针数据库,共组装了 5877409条contig序列,筛选出5452条与小麦基因组相似性低于80%的非冗余序列,据此开发了分布于整个中间偃麦草21对染色体的2019个STS标记。同时,利用中间偃麦草和小麦农家种对开发的标记进行筛选,共获得852个中间偃麦草染色体特异的STS标记。随后利用这些标记对长穗偃麦草(Th.elongatum,2n=2x=14,JS)、百萨偃麦草(Th.bessarabicum,2n=2x=14,Jb)、拟鹅观草(Pseudoroegneiria strigosa,2n=2x=14,St)和簇毛麦(Dasypyrum villosum,2n=2x=14,V)进行检测,发现472个标记具有特异性和多态性。通过分析亚基因组所含的分子标记,发现中间偃麦草与拟鹅观草的亲缘关系最近,其次是簇毛麦。据此推测,簇毛麦在中间偃麦草基因组的早期演化中可能发挥了重要作用。利用小麦-中间偃麦草、小麦-偃麦草以及小麦-长穗偃麦草代换系和/或附加系,共鉴定了 852个中间偃麦草染色体的特异标记,并基本确定了它们所属的亚基因组及部分同源群归属。其中,36个为中间偃麦草1J染色体的特异标记、22个为1JS的、40个为1St的、33个为2St的、38个为3J的、22个为3JS的、60个为3St的、21个为4J的、24个为4JS的、37个为4St的、39个为5J的、56个为5JS的、61个为5St的、43个为6J的、55个为6JS的、56个为6St的、54个为7J的,67个为7JS的、62个为7St的。此外,还利用八倍体小偃麦(2n=8x=56)验证了这些特异标记在检测小麦背景下中间偃麦草染色体的可靠性,并对其外源基因组的染色体构成进行了分析。其中TAI7044含有中间偃麦草染色体1J、2St、3St、4St、5J、6JS-6St和7J;抗白粉病基因Pm43的供体 TAI7045 含有 1St、2St、3St、4St、5St、6J-6JS和 7JS;Pm40和Yr50的供体 TAI7047 含有 1St、2St、3JS-3St、4J-4St、5J-5St、6J-6JS和7JS;TAI8047 含有1St、2St、3JS、4J、5J-5St、6J-6JS和7JS,与前人采用基因组原位杂交技术的鉴定结果基本吻合。因此,这套STS标记系列的开发为小麦背景下中间偃麦草染色体或片段的识别与鉴定提供了一种更加方便、快捷、经济的检测工具,从而加快小麦外源基因导入及远缘杂交育种的进程。