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普通小麦-冰草2P、6P附加系鉴定及优异性状基因定位

李清峰  
【摘要】:小麦作为最主要的口粮作物之一,为人类粮食安全提供了保障。但狭窄的遗传基础已严重制约了高产、稳产、优质、多抗育种与生产发展。分析小麦进化历史和育种进程,发现远缘杂交能够有效解决这一问题。冰草属作为重要的小麦近缘属物种之一,具有抗寒性、耐旱性和一定的耐盐性。同时,对小麦主要病害,如白粉病、锈病、赤霉病、黄矮病等病害,具有很强的抗性,甚至达到免疫的程度。另外,还具有丰产性,如多花多粒多分蘖等。因此,冰草属被国际普遍认为是改良小麦的最佳外源基因组之一。李立会等创制了一系列普通小麦品种Fukuho(Triticum aestivum cv.Fukuho,2n=6x=42,AABBDD)-冰草(Agropyron cristatum(L.)Gaertn.,2n=28,PPPP)异源附加系。为了对获得的小麦-冰草异源附加系中外源染色体进行部分同源群划分以及定位其中的优异基因,本研究以小麦-冰草附加系II-7-1、II-8-1、II-9-3、II-26、II-29-1、II-30-5、5106、5113、5114、4844-12及其亲本为材料,通过基因组原位杂交(Genomic in situ hybridization,GISH)和冰草P基因组特异分子标记(Expressed sequence tags,EST;Specific length amplified fragment sequencing,SLAF-seq)鉴定,发现小麦-冰草附加系II-7-1、II-8-1、II-9-3和II-29-1中的外源染色体为2P;而II-26、II-30-5、5106、5113、5114和4844-12为小麦-冰草6P附加系。进一步对II-9-3、II-30-5和5113进行遗传群体的构建,通过遗传分析在2P上定位到一个白粉病抗性基因,6P附加系上定位到多个优异性状基因。对小麦-冰草附加系的研究为进一步利用冰草中优异基因对小麦进行遗传育种改良奠定基础。主要研究结果如下:1、小麦-冰草2P附加系的鉴定:以II-7-1、II-8-1、II-9-3和II-29-1为材料,利用细胞学观察和基因组原位杂交鉴定表明II-7-1和II-8-1为端体附加,II-9-3和II-29-1为二体附加。通过简化基因组测序获得的SLAF-seq标签序列比对确定II-7-1、II-8-1、II-9-3和II-29-1中含有的冰草染色体均是第2部分同源群,即2P染色体。进一步利用冰草特异EST标记分析发现2P染色体存在染色体重排,外源染色体(2P)重排使同一同源群的小麦-冰草异源二体附加系多于理论数目。多个小麦-冰草2P附加系为小麦遗传改良提供了新的遗传资源。2、普通小麦-冰草2P二体附加系的分子标记鉴定与白粉病抗性基因的染色体定位:通过对小麦-冰草2P二体附加系II-9-3进行鉴定,发现II-9-3含有白粉病抗性基因,且对中国几个主要麦区流行白粉菌生理小种均具有抗性。通过构建II-9-3的F1和F2群体分析发现,白粉病抗性基因来源于冰草2P染色体。该附加系的获得为小麦抗病育种提供了理想的供体材料。3、小麦-冰草6P二体附加系5113的鉴定及其优异基因的定位:通过田间性状调查发现小麦-冰草6P二体附加系5113含有多个优异性状基因,利用遗传群体结合分子标记和细胞学GISH分析发现附加系5113中控制穗长、穗下茎、分蘖数、小穗数、小穗粒数、穗粒数、旗叶大小、抗白粉病、抗叶锈病等优异基因均来自6P染色体。利用该材料创制含有目标性状基因的小片段易位系具有广泛的应用前景。4、小麦-冰草6P二体附加系II-30-5的鉴定及其优异基因的定位:以普通小麦Fukuho与冰草Z559衍生的II-30-5为材料,细胞学、基因组原位杂交和SLAF-seq标记等方法对其染色体构成进行了分析,结果表明II-30-5中冰草染色体也是第6同源群,即II-30-5为小麦-冰草6P二体附加系。田间生物学性状调查表明,II-30-5在生物学性状主要表现在旗叶短、旗叶夹角小、抗白粉病、抗叶锈病、分蘖数少、千粒重高和理想株型等方面。通过遗传群体分析表明控制旗叶长度、抗白粉病、抗叶锈病和千粒重等优异基因来自6P染色体。进一步分析了6个不同的普通小麦-冰草6P二体附加系的表型差异,利用SLAF-seq标记对6P附加系间染色体重排进行了阐述。多个6P附加系的获得为有效利用6P染色体上的优异基因对小麦进行遗传育种改良提供了更为丰富的遗传变异。


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