普通小麦-华山新麦草-黑麦三属杂种后代衍生系的分子细胞遗传学鉴定

摘要

普通小麦是世界上最早栽培且种植面积最广的粮食作物之一，目前已成为贸易额最多、营养价值最高、总产量第二、分布最广的粮食作物，约养活了世界人口的35％。但随着全球耕地面积逐步减少、人口增加、资源短缺、食品安全等一系列问题的出现，小麦生产和育种面临巨大压力。由于长期定向集中使用优质、高产、抗病亲本，使得栽培小麦遗传多样性丢失严重，遗传基础十分狭窄，很大程度上限制了普通小麦品质和产量的进一步提高。小麦野生近缘物种中携带着大量小麦不具备的优良基因，是小麦高产、优质、抗生物和非生物胁迫遗传改良的重要基因资源。华山新麦草和黑麦属于小麦的三级基因源，不仅对小麦条锈病、白粉病、赤霉病等具有较强抗性，同时拥有抗寒、抗旱、抗虫和抗逆等优良特点。因此，它们可以作为小麦遗传改良中可利用的优良外源基因资源。
　　本研究以普通小麦-华山新麦草双二倍体(PHW-SA，2n=56，AABBDDNsNs)和六倍体小黑麦（中饲828，2n=42，AABBRR）作为华山新麦草与黑麦遗传物质供体进行杂交，成功获得了拥有丰富变异的衍生后代F4、 F5，通过分子细胞遗传学方法，对三属杂种后代进行了初步鉴定，成功筛选了13个高抗小麦条锈病的新型小黑麦株系。主要研究结果如下:
　　1、普通小麦-华山新麦草-黑麦三属杂种F4代40个株系的花粉母细胞平均染色体配对构型为:2n=1.71Ⅰ+20.26Ⅱ+0.04Ⅲ+0.001Ⅳ，染色体数目为39～46条，其中染色体数为42的株系超过了50％。单价体广泛存在，二价体为18.64～21.65个，多价体（三价体和四价体）出现频率高达40％。染色体数目为42条的株系，染色体配对良好，单价体出现频率较低，二价体数目多，这些株系在细胞学上表现出了一定的稳定性，这为筛选优良的小黑麦种质资源提供了可能。PHW-SA×中饲828 F5代40个株系根尖染色体数目为40～45条，平均染色体数为2n=42.35，24个株系的染色体数为42条。
　　2、以Dig-Nick标记的华山新麦草基因组DNA作为探针，以普通小麦J-11基因组DNA作为封阻进行基因组原位杂交(GISH)，F4花粉母细胞染色体和F5根尖染色体均未出现明显的黄绿色信号，说明三属杂种F4和F5华山新麦草染色质丢失严重。以秦岭黑麦总DNA为探针和J-11为封阻，根尖细胞GISH结果表明所有株系黑麦染色体自动加倍至11～14条，其中2n=42的24个株系黑麦染色体条数为12～14条。花粉母细胞GISH结果表明部分材料减数分裂中期黑麦染色体行为异常，单价体依然存在，但无多价体的出现。
　　3、三属杂种F5代中，通过GISH技术筛选了13个高抗小麦条锈病的新型小黑麦株系。花粉母细胞染色体配对情况显示大部分株系单价体出现频率较低，612-4和626-1株系中出现了少量频率的三价体，625-4出现了四价体。GISH结果表明14条黑麦染色体在减数分裂中期Ⅰ配对良好，仅存在少量单价体，二价体以环状二价体居多，无多价体出现。在减数分裂后期黑麦染色体能均匀地分离到两个子细胞。
　　4、三属杂种F5代SDS-PAGE结果显示大部分籽粒与父本中饲828的高分子量谷蛋白亚基组成相同。几乎所有株系的2亚基消失，有较多株系出现了位于中国春的2亚基和7亚基之间的PHW-SA的特殊条带。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 小麦近缘物种及种质资源

1．1．1 小麦近缘物种

1．1．2 华山新麦草种质资源

1．1．3 黑麦种质资源

1．2 小麦多属杂种研究

1．2．1 远缘杂交

1．2．2 染色体工程

1．2．3 小麦多属杂种研究概况

1．3 小黑麦研究进展

1．4 小麦外源遗传物质鉴定

1．4．1 形态学鉴定

1．4．2 细胞学鉴定

1．4．3 生化标记鉴定

1．4．4 原位杂交鉴定

1．4．5 分子标记鉴定

1．5 立题依据

2 材料与方法

2．1 实验材料

2．2 细胞遗传学分析

2．2．1 根尖有丝分裂观察

2．2．2 花粉母细胞染色体配对情况

2．3 基因组原位杂交

2．3．1 DNA提取

2．3．2 探针制备

2．3．3 染色体制片准备

2．3．4 基因组原位杂交常用药剂及配制方法

2．3．5 基因组原位杂交

2．4 高分子量谷蛋白亚基SDS-PAGE

2．4．1 高分子量谷蛋白(HMW-GS)的提取

2．4．2 SDS-PAGE电泳

2．5 抗条锈病鉴定

3 结果与分析

3．1 F4花粉母细胞染色体配对观察

3．2 F5根尖体细胞染色体观察

3．3 基因组原位杂交鉴定

3．3．1 华山新麦草外源染色体鉴定

3．3．2 黑麦外源染色体鉴定

3．4 新型小黑麦株系鉴定

3．5 高分子量谷蛋白亚基分析

3．6 抗条锈病鉴定

4 讨论

4．1 三属杂种后代细胞遗传学特征

4．2 三属杂种后代的GISH鉴定

4．3 三属杂种后代高分子量谷蛋白亚基组成特点

4．4 新型小黑麦株系的筛选

4．5 小黑麦的发展前景

参考文献

致谢