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偏凸—柱穗山羊草双二倍体SDAU18的细胞分子遗传学分析

2020-12-07阅读(887)

偏凸—柱穗山羊草双二倍体SDAU18的细胞分子遗传学分析

论文摘要

在小麦的近缘植物中,山羊草属（Aegilops L.）与小麦（Triticum L.）的亲缘关系最近,含有丰富的优良基因,在小麦的遗传改良中具有重要的利用价值。SDAU18是本实验室利用偏凸山羊草（Aegilops ventricosa, 2n = 28, DDNN）和柱穗山羊草（Aegilops cylindrica, 2n = 28, DDCC）杂交人工合成的新型双二倍体。本研究综合采用细胞遗传学、A-PAGE、SDS-PAGE、SSR、GISH和抗性接种鉴定等方法对其进行了鉴定;对SDAU18及其双亲与普通小麦的杂交亲和性、杂种F1的育性、SDAU18与普通小麦不同杂种世代的染色体及主要农艺性状的分离特点进行了分析;对从SDAU18与普通小麦杂交后代中选出的部分种质系进行了初步鉴定。获得以下主要研究结果:1.细胞学观察的结果表明,SDAU18的根尖细胞染色体数目变异范围为52-56,在多数染色体数目为56的SDAU18减数分裂中期I花粉母细胞（PMC MI）内可观察到28个二价体,在部分细胞中可观察到一定频率的单价体、三价体和四价体,平均染色体构型为2n = 56 = 3.21I + 19.78IIRing + 6.50IIRod + 0.01III + 0.04IVRing + 0.01IVRod;但在部分PMCs中出现了不同程度的染色体丢失现象。种子贮藏蛋白电泳分析发现,在SDAU18种子贮藏蛋白电泳图谱中,亲本偏凸山羊草和柱穗山羊草的多数特异带能够出现,SDAU18高分子量麦谷蛋白亚基图谱中既出现双亲的亚基谱带,也观察到新型亚基谱带。分别利用偏凸山羊草和柱穗山羊草基因组总DNA作探针,另一亲本基因组总DNA作封阻,对SDAU18根尖细胞制片进行染色体原位杂交,在SDAU18的56条染色体中分别有14条出现绿色杂交信号。上述结果证明,SDAU18是偏凸山羊草和柱穗山羊草的双二倍体。2. SSR标记分析结果表明,在SDAU18基因组中存在着广泛的遗传变异。利用定位在普通小麦染色体上的89对SDAU18进行扩增分析,在SSR引物扩增图谱中,除了双亲的特异谱带外,还观察到亲本谱带缺失和新型谱带。其中,柱穗山羊草缺失谱带的频率约为偏凸山羊草的2.4倍,这表明在SDAU18中,双亲遗传信息的丢失或基因的沉默可能不是随机的。这可能反映了双亲基因组在新合成的双二倍体SDAU18中存在着复杂的互作。3.对SDAU18及其双亲与普通小麦的杂交亲和性、杂种F1的育性调查结果表明,SDAU18与普通小麦的杂交亲和性以及它与普通小麦杂种F1的育性显著高于其双亲偏凸山羊草和柱穗山羊草。因此,SDAU18可以作为转移偏凸山羊草和柱穗山羊草优良遗传物质的桥梁材料,用于小麦遗传改良。4.抗病性鉴定结果表明,SDAU18对小麦白粉病和条锈病均表现高抗至免疫。对SDAU18和普通小麦不同自交和回交世代染色体和性状分离特点的研究结果表明,随自交和以烟农15为轮回亲本回交世代的增加,染色体数目逐渐减少,回交比自交能使后代的染色体数目更快趋近普通小麦的42条,至F5和BC3F1代,染色体数目为42的植株已分别达93.9%和92.0%。与自交世代相比,回交后代减数第一分裂中期花粉母细胞的染色体构型较为简单,回交次数过多不利于外源染色体与普通小麦染色体发生重组,一般应以回交23次为宜;随自交和回交世代的增进,杂种的育性提高,至F3和BC2F1代育性基本恢复正常,且较为稳定。在不同杂种世代可分离出具有矮杆、大穗、大粒、对白粉病、条锈病免疫或高抗和外观品质优良的变异类型,其中以F3和BC1F1代的变异类型最丰富。在通过杂交将偏凸山羊草和柱穗山羊草遗传物质导入普通小麦中SDAU18具有重要利用价值。5.运用形态学、细胞学和抗性接种鉴定相结合的方法,从烟农15与SDAU18杂交后代中选育出ZH-1、ZH-2、ZH-3、ZH-4等优良种质材料,并对其进行了初步鉴定,明确了它们的主要农艺性状和细胞学特点。在上述种质材料中,ZH-1的突出特点是“矮杆”,株高为35.5cm,染色体数目为2n=40-41,其形态学及细胞学特征尚不稳定。ZH-2的突出特点是“抗白粉病”,分小种鉴定结果表明,它对E09生理小种表现免疫,其细胞学及形态特征基本稳定。ZH-3和ZH-4的突出特点是“大穗多花”,二者在细胞学及形态学上基本稳定。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 1. 前言
  • 1.1 小麦的种质资源
  • 1.2 山羊草属植物与小麦的遗传改良
  • 1.2.1 山羊草属植物的地理分布及主要生物学特性
  • 1.2.2 山羊草属植物的分类
  • 1.2.3 小麦－山羊草复合群的起源与与进化
  • 1.2.4 山羊草属植物的优异基因
  • 1.2.5 山羊草属植物的细胞质
  • 1.3 山羊草优良基因向小麦的转移
  • 1.3.1 小麦野生近缘物种优良基因向小麦的转移途径
  • 1.3.2 山羊草双二倍体的人工合成
  • 1.3.3 小麦－山羊草异附加系、代换系和易位系
  • 1.3.4 山羊草优良基因向小麦的转移
  • 1.4 小麦远缘杂种鉴定的方法
  • 1.4.1 形态学方法
  • 1.4.2 细胞学鉴定
  • 1.4.3 分子细胞遗传学方法
  • 1.4.4 分子标记技术
  • 1.5 本研究的目的意义
  • 1.6 主要研究内容
  • 2. 材料和方法
  • 2.1 供试材料
  • 2.2 技术路线
  • 2.3 试验地点
  • 2.4 试验方法
  • 2.4.1 农艺性状鉴定
  • 2.4.2 抗病性鉴定
  • 2.4.3 育性调查
  • 2.4.4 细胞学观察
  • 2.4.5 基因组DNA 提取和纯化
  • 2.4.6 基因组原位杂交
  • 2.4.7 微卫星标记分析
  • 2.4.8 种子醇溶蛋白的A－PAGE 分析
  • 2.4.9 种子高分子量谷蛋白亚基的SDS-PAGE 分析
  • 3. 结果与分析
  • 3.1 SDAU18 的细胞分子遗传学鉴定
  • 3.1.1 细胞学鉴定
  • 3.1.2 种子贮藏蛋白鉴定
  • 3.1.3 GISH 鉴定
  • 3.1.4 SDAU18 花粉母细胞的染色体数目变异
  • 3.2 SDAU18 染色体组的SSR 标记分析
  • 3.3 SDAU18 的育性和主要性状特点
  • 3.3.1 SDAU18 及其双亲的育性
  • 3.3.2 SDAU18 及其亲本的白粉病和条锈病抗性
  • 3.3.3 其它性状特点
  • 3.4 SDAU18 及其双亲与普通小麦的杂交亲和性
  • 3.4.1 SDAU18 及其双亲与普通小麦的杂交结实率
  • 3.4.2 SDAU18 和柱穗山羊草与普通小麦杂种F1 的育性
  • 3.5 SDAU18 与普通小麦不同杂种世代的染色体及性状分离特点
  • 3.5.1 不同杂种世代的染色体构型
  • 3.5.2 不同杂种世代的根尖染色体数目
  • 3.5.3 自交和回交后代的性状分离特点
  • 3.6 种质系的选育及鉴定
  • 4. 讨论
  • 4.1 SDAU18 在小麦遗传改良中的利用价值
  • 4.2 SDAU18 的细胞学稳定性
  • 4.3 SDAU18 染色体数目变异的特点
  • 4.4 SDAU18 基因组的分子变化特点
  • 4.5 烟农15/SDAU18F1 PMC MI 染色体构型
  • 4.6 烟农15 与SDAU18 不同杂种世代的性状分离特点
  • 5. 结论
  • 6. 主要创新点
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表论文情况

    • 相关论文文献

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