普通小麦-冰草6P染色体缺失系和易位系创制与遗传分析

摘要

普通小麦（Triticum aestivum L.,2n=6x=42,AABBDD）遗传基础狭窄限制了其产量的提高和品质的改良。冰草（Agropyron cristatum.,2n=4x=28,PPPP）6P染色体携带有多花多粒产量相关性状，以及抗叶锈、白粉等抗病基因，将其导入普通小麦是增加小麦遗传多样性、增强小麦抗病性、提高小麦产量的有效途径。本研究以小麦-冰草6P二体异附加系4844-12为基础材料，通过γ射线辐照的方法，利用分子细胞遗传学技术，创制冰草6P染色体缺失系和小麦-冰草6P异源易位系。
　　1、一种高效诱导小麦-冰草6P异源易位方法：通过选择合适的诱变参数（辐照剂量为20 Gy，剂量率为0.5 Gy/min），对处于开花期的小麦-冰草6P二体异附加系4844-12植株进行辐照，对获得的诱变后代进行基因组原位杂交检测（GISH），从中筛选小麦-冰草6P易位系，易位频率超过10％。
　　2、冰草6P染色体分子标记图谱构建：利用高效诱导小麦-冰草异源易位方法，获得了一系列冰草6P染色体缺失系和小麦-冰草6P易位系，在此基础上，构建了冰草6P染色体分子标记图谱。本研究将255个6P特异STS标记定位到31个染色体区段上：119个STS标记将6P短臂划分为14个区段，136个STS标记将6P长臂划分为17个区段。同时，将13个6P特异SLAF标记定位到相应染色体区段上，其中3个 SLAF标记被定位到6P短臂，10个SLAF标记位于6P长臂。
　　3、冰草6P染色体缺失系的获得与分类：利用杀配子染色体和辐照诱导的方法，获得31个冰草6P染色体缺失系。通过GISH与分子标记图谱检测方法，根据携带6P遗传成分的异同，将31个缺失株系划分为18个类型：8个长臂缺失系（短臂端体）、5个长臂末端缺失系（含6P短臂）、1个长臂臂间缺失系（含6P短臂）、3个长臂末端缺失系（不含6 P短臂）、2个长臂臂间缺失系（不含6P短臂）；6个短臂缺失系（长臂端体）、5个短臂末端缺失系（含6P长臂）和1个短臂末端缺失系（不含6P长臂）。目前，已获得自交 F7、M7和 M3代自交世代、BC3F1回交世代及BC2F2回交自交世代种子。
　　4、小麦-冰草6P异源易位系的分子细胞学检测：通过高效诱导方法，本研究获得一系列小麦-冰草6P易位系，通过多代回交与检测，目前得到66个小麦-冰草6P易位系，最高回交世代为BC3F1代，回交自交BC2F2代。对其中31个易位株系进行了FISH与分子标记检测：共涉及小麦6个部分同源群的12条染色体与冰草6P染色体发生重组：17、5和9个株系与小麦 A、B和D组染色体发生易位，参与易位的小麦染色体有1A、4A、5A、6A、7A、1B、5B、7B、1D、3D、5D和6D。31个易位株系携带6P染色体不同/重叠区段，覆盖整条6P染色体：15个易位株系携带6P短臂或部分短臂区段，9个株系携带6P长臂或部分长臂区段，7个易位株系同时携带6P短臂和长臂部分区段。并且，对7个整臂易位系和1个着丝粒融合小片段易位系进行了着丝粒鉴定：4个整臂株系携带冰草着丝粒，3个整臂易位株系携带小麦着丝粒，1个着丝粒融合小片段易位系同时携带冰草和小麦着丝粒，为双着丝粒易位。
　　5、冰草6P染色体缺失系和小麦-冰草6P易位系农艺性状初步分析：通过对6P染色体缺失系多代穗部性状调查，长臂端体结实要好于短臂端体，推测6P染色体长臂携带有控制多粒性状的主效位点；31个小麦-冰草6P易位系中4个易位株系表现高穗粒数、1个易位株系表现高千粒重、3个易位株系同时表现高穗粒数和高千粒重性状。除产量相关性状外，利用冰草6P染色体缺失系，将6P来源的抗叶锈病基因定位到短臂末端区6PS-0.81-1.00。15个携带该区段的小麦-冰草6P易位系对叶锈病表现为抗病。
　　本研究建立了一种高效诱导小麦-冰草6P异源易位方法，为小麦与其他近缘植株基因组间异源易位系的创制提供借鉴；构建了冰草6P染色体分子标记图谱，为小麦背景下6P特定染色质区段的快速追踪与检测提供分子标记；获得的冰草6P染色体缺失系，为6P优异基因的染色体区段定位及结构与功能分析提供遗传材料；创制了不同类型的小麦-冰草6P易位系，为有效利用6P优异基因提供了广泛的遗传基础。

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第一章 文献综述

1. 1 野生近缘植物对小麦遗传改良的重要意义

1. 2 普通小麦与冰草属远缘杂交及冰草6P染色体对小麦改良的意义

1. 3 染色体缺失系和异源易位系对基因的染色体定位及应用

1. 4 小麦异源易位系的诱导方法及外源染色质的检测

1. 5 本研究的论文设计

第二章 高效诱导小麦-冰草6P异源易位方法的建立

2. 1 材料与方法

2. 2 结果

2. 3 讨论

第三章 冰草6P染色体分子标记图谱构建

3. 1 材料与实验方法

3. 2 结果与分析

3. 3 讨论

第四章 冰草6P染色体缺失系的获得与检测

4. 1 材料与方法

4. 2 结果与分析

4. 3 讨论

第五章 小麦-冰草6P异源易位系的分子细胞遗传学鉴定

5. 1 材料与方法

5. 2 结果

5. 3 讨论

第六章 6P携带多粒、抗叶锈病等基因染色体区段初步定位

6. 1 材料与方法

6. 2 结果

6. 3 讨论

第七章 全文结论

参考文献

致谢

作者简历