长穗偃麦草分子标记开发及硬粒小麦—长穗偃麦草附加系创建

摘要

小麦(Triticum aestivum)是重要的粮食作物，其在世界上的种植面积最大、总产量仅次于玉米。近些年来，小麦的品种改良工作取得了较快的发展，其产量有了显著的提高，但是其品质、抗性等性状的改良并不明显。小麦野生近缘物种中蕴藏着许多小麦所不具备的优良基因，将这些野生近缘物种的优良外源基因导入到小麦中，对小麦育种和遗传改良工作具有重要意义。长穗偃麦草(Lophopyrum elongatum)是小麦重要的野生近缘物种之一，具有很多优良性状，是对普通小麦进行遗传改良最有利用价值的野生物种之一。本实验以普通小麦-长穗偃麦草二体附加系和代换系为材料，使用引物结合位点间扩增(Inter-primerbinding site amplification, iPBS)技术筛选获得长穗偃麦草E组染色体特异的DNA片段，然后将其序列转化成相应的分子标记。以硬粒小麦Langdon(Triticum durum)与含有长穗偃麦草E基因组的异源六倍体小麦8801(AABBEE)杂交获得的后代为材料，综合利用细胞学和分子标记检测追踪导入的染色体，选育硬粒小麦-长穗偃麦草双体异附加系。研究结果如下:
　　1、长穗偃麦草E组染色体特异分子标记的建立
　　利用iPBS技术，合成25条引物对中国春-长穗偃麦草二体附加系、普通小麦中国春和长穗偃麦草进行PCR扩增，共筛选出31条分布于长穗偃麦草1E-7E条染色体上的特异片段，对这些特异片段进行克隆和测序，将测序结果与小麦的基因组序列进行同源性比对，其中有16条片段与小麦无同源性或同源性较低。依据该16条特异片段设计PCR引物，分别对中国春-长穗偃麦草二体附加系和相应代换系、普通小麦中国春和长穗偃麦草进行了PCR扩增，其中引物iPBS8的PCR扩增片段只出现在中国春-长穗偃麦草3E二体附加系及代换系和长穗偃麦草中，大小与理论值相符，表明此特异片段位于长穗偃麦草3E染色体上，引物iPBS15的PCR扩增片段出现在中国春-长穗偃麦草全部二体附加系及代换系和长穗偃麦草中，大小与理论值相符，表明此特异片段是长穗偃麦草基因组特异标记。引物iPBS10和iPBS5的PCR扩增片段分别出现在中国春-长穗偃麦草2个和4个二体附加系及代换系和长穗偃麦草中，大小与理论值相符，表明这两条特异片段分别位于长穗偃麦草2条和4条E染色体上。这些分子标记重复性好，稳定性高，操作简便。
　　2、硬粒小麦-长穗偃麦草附加系细胞学和分子标记鉴定
　　对硬粒小麦Langdon与异源六倍体小麦8801杂交F1进行减数分裂的检查，从15株后代中发现10株为真杂种，说明杂交成功。
　　对F2代中染色体数目初步检查为2n=29的17个植株进行DNA的提取，用长穗偃麦草1E-7E染色体特异分子标记对这些DNA进行PCR扩增，结果表明其中2个单株含有长穗偃麦草1E染色体，3个单株含有长穗偃麦草5E染色体，2个单株含有长穗偃麦草7E染色体。
　　对杂交F3代中染色体数目初步检查为2n=29的40个植株进行DNA的提取，分子标记鉴定的结果表明其中含有3E、4E、5E、7E染色体植株的个数分别为2、6、8、17株，未见含有1E、2E、6E染色体的材料。
　　对F4代进行PCR检测，其中F1-10-25-3-3含有长穗偃麦草3E染色体，F1-1-28-1-2、F1-1-28-1-3含有长穗偃麦草4E染色体，F1-3-9-8-4、F1-3-9-8-5含有长穗偃麦草5E染色体，F1-3-12-6-1、F-1-23-7-2含有长穗偃麦草7E染色体，这些单株含有长穗偃麦草相应的染色体，可初步确定为硬粒小麦-长穗偃麦草单体或双体附加系。F-1-23-7-2的染色体检查结果显示其染色体数目为30条，可初步确定其为硬粒小麦-长穗偃麦草7E双体附加系。