普通小麦—滨麦衍生后代的创制及其分子细胞遗传学研究

发布时间：2018-11-15 16:36

【摘要】：滨麦(Leymus mollis(Trin.)Pilger,NsNsXmXm,2n=28)属禾本科(Poaceae)、小麦族(Triticeae)、大麦亚族(Hordinae)、赖草属(Leymus Hochst.)的一个多年生四倍体异花授粉材料,具有抗寒、抗旱、耐盐碱、茎秆粗壮、大穗等优良性状,同时对小麦的条锈、秆锈、叶锈病和白粉病等多种真菌病害表现高抗或免疫,是改良小麦育种的重要三级基因源。通过传统的远缘杂交技术和分子染色体工程方法,可将滨麦的优异性状导入普通小麦背景中,丰富小麦种质资源,增加遗传多样性。本研究结合形态学、细胞学、原位杂交(GISH/FISH)技术、分子标记(SSR、EST和PLUG)分析等方法对获得的不同世代的普通小麦—滨麦衍生材料进行了详细的鉴定。主要结果如下:(1)滨麦染色体核型及其可能供体种的初步分析:对本研究所用材料—滨麦进行了初步的核型分析,最终推测其核型公式为2n=4x=28=22m(6sat)+6sm,其中m指中间着丝粒染色体,sm指亚中间着丝粒染色体,sat指具有随体的染色体。根据Stebbins按不对称程度对染色体核型进行分类的方案,其染色体核型属2A型;选用本实验室现有的825对SSR引物和86对EST引物在滨麦及其可能的二倍体供体种华山新麦草(Ns)、百萨偃麦草(J)、二倍体长穗偃麦草(E)和拟鹅观草(St)之间进行多态性引物的初步筛选,多态性分析结果表明华山新麦草较其他三个二倍体种与滨麦的亲缘关系更近。(2)三种不同类型的普通小麦—滨麦衍生系M47、M42和M51的分子细胞遗传学鉴定:细胞学观察结果显示M47、M42和M51体细胞染色体数目和减数分裂中期Ⅰ花粉母细胞配对构型分别为2n=56=28Ⅱ、2n=54=27Ⅱ、2n=48=24Ⅱ;GISH结果表明M47/M42/M51染色体组成可表示为2n=56=42T.a+14L.m、2n=54=42T.a+12L.m、2n=48=42T.a+6L.m(T.a代表普通小麦染色体,L.m代表滨麦草染色体);分子标记分析确定M47携带一整套(14条)Ns染色体,M42相比于M47而言缺少一对滨麦第7部分同源群染色体,而M51缺少了滨麦第2、4、5、7部分同源群染色体;M47在成株期对条锈病和白粉病均表现高抗,M42对条锈病表现高抗而对白粉病表现感病,M51对两者均表现感病。由此而见,M47和M42可作为优异的抗病中间桥梁材料,尤其是M47系。(3)衍生系M11028-1-1-5的分子细胞遗传学鉴定:M11028-1-1-5来自于M47与普通小麦7182的BC1F4世代。M11028-1-1-5的体细胞染色体数目和花粉母细胞减数分裂中期I构型为2n=44=22Ⅱ,GISH结果显示M11028-1-1-5中含有42条小麦染色体和2条外源染色体;11个位于小麦第六部分同源群的分子标记包括2个SSR标记(Xwmc256和Xgpw312)、1个EST-SSR标记(Swes123)、5个EST-STS标记(CD452568、CD491981、BG604865、BF483643和BQ169205)和3个PLUG标记(TNAC1748、TNAC175和TNAC1752)分析证实附加到M11028-1-1-5中的一对滨麦草染色体属于第6部分同源群染色体,暂命名为Lm#6Ns。醇溶蛋白分析结果表明,M11028-1-1-5中存在滨麦草特异的醇溶蛋白基因,因此M11028-1-1-5是普通小麦—滨麦Lm#6Ns二体异附加系材料。然而,M11028-1-1-5在成株期对条锈病和白粉病均表现感病,推测在滨麦草的第6部分同源群染色体Lm#6Ns上不存在抗条锈病和白粉病的基因。(4)M11003-3-1-15-8和M11003-3-1-12-10的创制及其分子细胞遗传学分析:M11003-3-1-15-8和M11003-3-1-12-10均由中间桥梁材料M47(2n=8x=56,AABBDDNsNs)与普通小麦亲本7182回交一次自交五次所得的BC1F5材料。体细胞染色体数目和花粉母细胞减数分裂中期I构型分别为2n=42=21Ⅱ和2n=44=22Ⅱ。FISH-GISH和中国春缺四体分析结果显示M11003-3-1-15-8系中一对小麦7D染色体缺失并含有2条外源染色体,M11003-3-1-12-10系中含有完整的42条小麦染色体及2条外源染色体。分子标记(EST-STS和PLUG)分析证实被导入到M11003-3-1-15-8和M11003-3-1-12-10中的一对滨麦草染色体都属于第七部分同源群染色体,这对外源染色体暂命名为Lm#7Ns。因此M11003-3-1-15-8和M11003-3-1-12-10分别为普通小麦—滨麦Lm#7Ns(7D)二体异代换系和Lm#7Ns二体异附加系,在成株期对条锈病均表现高抗,且较小麦亲本具有多小花的优良农艺特性,因此在小麦抗病育种和丰富资源方面具有潜在的利用价值。(5)抗条锈病双单体附加系后代材料的分离及分析:一个普通小麦—滨麦衍生系M11003-4-3-8/13/15来自于M47与普通小麦7182的BC1F4世代,经鉴定其为抗条锈病的双单体附加系材料,染色体组成可表示为2n=44=42T.a+L.m2+L.m3(其中,T.a代表小麦染色体,L.m代表滨麦染色体;L.m2表示滨麦第2部分同源群染色体,L.m3表示滨麦第3部分同源群染色体)。由于双单体附加系材料的不稳定性,继续对其自交下一代材料的染色体分离及抗病性情况进行了详细的鉴定,结合细胞学、分子标记(EST/PLUG)、原位杂交(FISH/GISH)等方法。所观察的双单体附加系后代可以分为五种类型(Ι-V),其中202W1、213W1和214E2属于类型Ι:2n=44=42T.a+1L.m2+1L.m3,202E4、204E2、211E2、215E2、216W2和216E2属于类型ΙΙ:2n=43=42T.a+1L.m2,203W2和214W1属于类型Ⅲ:2n=43=42T.a+1L.m3,213W3、214E1和215E3属于类型ΙV:2n=42=42T.a,216E4属于类型V:2n=44=42T.a+2L.m2。此五种类型材料对成株期条锈病表现不同,类型Ι和Ⅲ表现抗病,类型II、ΙV和V表现感病。根据所附加的滨麦染色体所属不同同源群而表现出对条锈病反应的不同,推测滨麦第3部分同源群上携带抗病基因,而非第2同源群染色体。同时,这些标记可以在以滨麦为供体种的前提下,作为判断小麦背景中是否其遗传物质正常传递、也可以用来比较基因作图、染色体演化分析以及基因渐渗等研究。
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【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S512.1

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