普通小麦与八倍体小偃麦杂交后代三个特殊中间材料的鉴定及选育

论文摘要

中间偃麦草（Thinopyrum internedium）是偃麦草属的一个异源六倍体,蕴藏着大量对小麦品种改良的有用基因。本研究为利用偃麦草的优良基因,以普通小麦品种（川麦107）作母本与中间偃麦草杂交,再用川麦107回交,连续自交9代,在其后代选取3个育性正常和遗传上比较稳定的品系（AF-1,AF-2和AF-3）。运用了形态学、细胞学、生物化学、细胞遗传学和分子生物学等方法探讨了其遗传基础。其研究结果主要如下:1、抗病分析表明:小麦品种川麦107表现为高感白粉病和条锈病,AF-1对白粉病病菌免疫,AF-2表现出对条锈病免疫和高抗白粉病特征。尽管国内外对于中间偃麦草的抗白粉病和条锈病基因研究较多,但是目前为止还没有真正来自偃麦草而被命名的抗条锈病和白粉病基因。结合前人研究结果以及本研究材料的遗传背景和本实验结果表明:AF-1可能携带一个新的抗白粉病基因;AF-2上可能携带一个新的抗条锈病基因。2、通过对这些品系的根尖染色体计数和花粉母细胞染色体行为的观察,发现品系AF-1根尖染色体数目为42条染色体,AF-2和AF-3根尖染色体数目均为44条;花粉母细胞中期ⅠAF-1染色体配对行为为21个二价体,AF-2和AF-3都为22个二价体,都没有单价体和多价体。它们分别与其小麦亲本川麦107回交发现,与AF-2和AF-3的回交后BC1有1个单价体。由此可以确定品系AF-1、AF-2和AF-3在细胞学上已经稳定,而且AF-2和AF-3可能为各自附加了一对中间偃麦草的染色体。3、以拟鹅观草总基因组DNA标记探针,中国春总基因组DNA为封阻对材料AF-1、AF-2和AF-3进行基因组原位杂交分析,结果显示AF-1是一个小片段易位系;AF-2和是一个中间偃麦与普通小麦的二体异附加系,且附加的染色体来自中间偃麦草的E染色体组;AF-3为中间偃麦草与普通小麦的一个二体异附加系,且附加的染色体应该来自St染色体组。4、利用SDS-PAGE对AF-1进一步进行分析,以绵阳11、中国春、川麦107、中间偃麦草和长穗偃麦草作为对照,发现AF-1引入了来自中间偃麦草的一个特征条带Glu-Ai,从而进一步说明中间偃麦草的遗传物质被插入（易位）到了该品系中,并且得到了表达,同时还产生了新的谷蛋白亚基条带,丰富了普通小麦的高分子谷蛋白亚基。5、选用已被定位在小麦7个部分同源群21条染色体上的144对SSR引物,对AF-2、川麦107、中间偃麦草进行鉴定。引物Xgwm382-2D能在中间偃麦草和AF-2中扩增出一条约90bp的特征条带,而川麦107中不含有此带。表明该引物可能是所附加的中间偃麦草染色体的特异标记。由于该引物位于小麦的2D染色体上,所以推断AF-2可能是附加了中间偃麦草第二同源群的染色体。6、对这些品系农艺性状进行考察发现:AF-2还表现出秆细,蜡质、叶窄,籽粒细长等类似中间偃麦草的形态特征;AF-3则表现矮秆（48cm）、叶宽等性状。这对于遗传分析和特殊性状基因的定位提供了良好的中间材料。而AF-1是一个小片段易位系,对白粉病免疫,其它农艺性状接近小麦亲本,便于直接用于小麦生产,是小麦育种过程的难得的宝贵资源材料。综上可知,抗白粉病品系AF-1为中间偃麦草与普通小麦的一个小片段插入（或易位）系,抗病分析和SDS-PAGE表明插入的片段很有可能来自中间偃麦草第一同源群,极有可能携带一个新的抗白粉病基因;AF-2兼抗小麦条锈病和白粉病,根据GISH、SSR和形态学观察,极有可能附加了中间偃麦草2E染色体,而目前为止未见中间偃麦草2E上有抗条锈病基因的报道,因此AF-2上极有可能也是一个新的抗条锈病基因;矮秆品系AF-3附加了两条St染色体,具体来自中间偃麦草哪一同源群值得进一步深入研究。本研究中中间偃麦草的染色体或染色体片断已经成功转入到普通小麦中,并且得到表达,其各自优良性状的遗传和应用值得深入研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一部分 文献综述
• 1 利用偃麦草种质的研究
• 1.1 偃麦草属的分类
• 1.2 中间偃麦草的染色体组成
• 1.3 小麦—偃麦草双二倍体、附加系、易位系和代换系
• 1.3.1 中间偃麦草与小麦属的杂交及双二倍体
• 1.3.2 小麦—偃麦草异附加系选育
• 1.3.3 小麦—偃麦草代换系的培育
• 1.3.4 小麦—偃麦草易位系培育
• 1.4 中间偃麦草中抗病基因向小麦的转移
• 1.4.1 抗黄矮病基因的转移
• 1.4.2 白粉病抗性基因向小麦的转移
• 1.4.3 条锈病抗性基因向小麦的转移
• 2 小麦遗传背景中外源遗传物质的检测与定位
• 2.1 形态标记（Morphological markers）
• 2.2 细胞学标记（Cytological markers）
• 2.2.1 核型及核型分析
• 2.2.2 减数分裂染色体配对分析
• 2.2.3 染色体分带
• 2.3 生化标记（Biochemical markers）
• 2.4 染色体原位杂交（in situ Hybridization）
• 2.4.1 多色荧光原位杂交（mFISH）
• 2.4.2 引物原位合成技术和原位PCR（PRINS）
• 2.4.3 DNA FIBER-FISH
• 2.4.4 基因组原位杂交（GISH）
• 2.5 分子标记（Molecular markers）
• 2.5.1 RFLP（即限制性片段长度多态性）
• 2.5.2 RAPD即随机扩增多态性（random amplified polymorphic DNA）
• 2.5.3 SSR或称微卫星（microsatellite）
• 2.5.4 STS-PCR（Sequence-tagged site）标记即序列标定位点
• 2.5.5 AFLP（Amplified fragment length polymorphism）
• 3 立题依据、研究内容
• 3.1 立题依据
• 3.2 研究内容
• 3.3 技术路线
• 第二部分 材料与方法
• 1 试验材料
• 2 试验方法
• 2.1 农艺性状的考察
• 2.2 细胞学研究
• 2.3 基因组原位杂交（GISH）
• 2.4 高分子量谷蛋白SDS—PAGE检测
• 2.5 SSR-PCR分析
• 第三部分 结果与分析
• 1 三个材料的农艺性状
• 2 细胞学分析
• 2.1 根尖细胞染色体计数
• 2.2 花粉母细胞结果分析
• 3 基因组原位杂交结果与分析
• 4 AF-1谷蛋白亚基结果与分析
• 5 SSR结果与分析
• 第四部分 讨论
• 1 八倍体小偃麦的利用价值
• 2 利用八倍体小偃麦创制小麦-偃麦草代换系、附加系及易位系
• 3 各种实验方法相结合使用,增加了实验结果的可靠性
• 4 中间偃麦草中抗白粉病向普通小麦中转移
• 5 中间偃麦草抗条锈病基因向普通小麦中转移
• 6 普通小麦与八倍体小偃麦杂种后代的农艺性状
• 7 偃麦草遗传物质的导入丰富了普通小麦谷蛋白亚基
• 参考文献
• 附录一:Table Chromosome position for SSR markers
• 致谢
• 在校期间发表的论文