普通小麦和黑麦杂种的细胞遗传学分析

【摘要】：普通小麦品系D-2-3-4与黑麦具有很高的可杂交性且杂种F1自交能够少量结实,杂种后代的黑麦染色体伴随着自交迅速减少,变为普通小麦(2n=42)或代换系(2n=42)或附加系(2n=44)。为了弄清D-2-3-4和黑麦杂种F1自交结实及黑麦染色体快速丢失的原因,评价D-2-3-4在远缘杂交育种中的利用价值,本实验对D-2-3-4与秦岭黑麦杂种F1、F2、F3代植株做了详细的细胞学分析,主要结果如下：1、杂种F1花粉母细胞的减数分裂中期Ⅰ,有少量二价体和多价体,平均配对构型为22.79 Ⅰ+2.38 Ⅱ(棒状)+0.14 Ⅱ(环状)+0.05 Ⅲ,平均每个细胞有2.76个交叉结,表明有部分同源染色体发生了配对。原位杂交结果表明,染色体配对主要发生在小麦和小麦染色体之间(2个／细胞),也有少量的小麦和黑麦染色体配对(0.2个／细胞),表明D-2-3-4对小麦-黑麦染色体配对有较低的诱导作用。同时,从减数分裂中期Ⅰ观察到单价体的姊妹染色单体分开现象,这可能是产生功能配子,导致自交结实的原因。2、在所分析的7个F2杂种植株中,6个植株的体细胞染色体为49条,1株为46条,而F3植株的体细胞染色体总数为42至47条不等,表明F2向F3传递的过程中染色体发生了丢失。基因组原位杂交表明,F2平均含41. 57条小麦和6.57条黑麦染色体,而F3植株平均含有40.50条小麦和2.44条黑麦染色体,表明黑麦染色体丢失更多。对F2植株花粉母细胞减数分裂中期I的染色体计数表明,营养生殖阶段没有发生染色体的丢失。以黑麦着丝点探针原位杂交检测F2发现,黑麦染色体在第一次减数分裂后期,其移动速度滞后于小麦染色体,并且姐妹染色单体直接分开。因为小麦与黑麦染色体减数分裂过程不同步,分开的姊妹染色单体可能因为滞后而不被包括在两个二分体中,或者它们在第二次减数分裂时形成微核,这可能是黑麦染色体在杂种自交过程快速丢失的原因。3、以重复序列探针pSc119.2、PTa71和pAs1为探针,对5个F2植株多色原位杂交检测表明,2个植株.HM42-4和HM42-5的染色体组成为42W+(1R-7R),其余的3个分别为42W+(1R, Ⅱ 2R,4R,5R, Ⅱ 6R),41W+(2R,4R,5R,7R)+1RS/1BL, 41W+(1R-7R)+1RS/1BL。所以,我们推测其自交可能会恢复成普通小麦或代换系、附加系及易位系；同时1RS/1BL的形成不是偶然事件。4、在D-2-3-4和黑麦的杂交后代中检测到了小片段易位染色体的存在,表明D-2-3-4在创制小麦-黑麦小片段易位系中具有一定价值。综上所述：-2-3-4和黑麦具有较高的可杂交性,其杂种F1染色体配对水平与Ph2基因类似,表明其可能有诱导部分同源染色体配对的基因。同时,F1和F2植株的姐妹染色单体提前在减数分裂中期1分开这一特殊现象,可用于快速创制代换系、附加系及易位系。因此,D-2-3-4在新材料创制方面具有重要的应用价值。