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作物近物种通常具有优良性状,是作物育种的重要遗传资源。比如,小麦近物种长穗偃麦草耐盐能力强,是培育耐盐小麦的理想遗传资源物种。将近物种遗传物质导入作物一般是通过远杂交方法实现的,但是该方法存在远杂交不亲和、育种周期长等难题。据此,本实验室建立了通过不对称体细胞杂交创制小麦渐渗系新技术,以长穗偃麦草为供体,创制了一系列小麦渐渗系,筛选了耐盐、抗病、高产、优质等不同农艺性状的新品系。利用这些新品系,培育了首例小麦渐渗系耐盐抗旱新品种山融3号,被列为山东省主导品种,在部分地区推广种植;选育了耐盐碱新品系山融4号,已申请新品种保护。进一步通过细胞遗传学分析,跟踪了小麦渐渗系中染色体的变异行为。结果发现,在融合细胞早期(5-7天),双亲染色质经短暂共存后,供体染色质片段即以微核的形式大量外排消减,只有少量染色质渐渗到小麦基因组中。小麦渐渗系基因组中外源片段的数目在早代即保持稳定。通过多种分子标记以及麦谷蛋白基因序列分析,发现小麦渐渗系基因组发生了高频率的遗传学和表观遗传学变异,而且这种变异在渐渗系早代就已发生,并在遗传上保持稳定。通过山融3号及其亲本小麦间的unigene序列比较发现,山融3号的SNP和Indel频率较高,与普通小麦多倍体形成过程中发生的频率接近,但两者在变异偏好性等方面存在很多差异。此外,小麦渐渗系基因组中SNP和Indel变异间存在密切相关性,以保持非等位染色体间变异强度相似。结果表明,小麦渐渗系中外源片段的渗入,产生局部染色体和整体基因组冲击,诱导了非随机性的高频率遗传变异。结合转录组、蛋白质组和生理组分析,明确了山融3号的耐盐抗旱基础与较强的氧化还原稳态维持能力相关。结合正向和反向遗传学方法,鉴定了山融3号耐盐主效候选基因TaSRO1,山融3号中该基因发生了等位变异,使TaSRO1的多聚腺苷酸二磷酸核糖基聚合酶活性提高,增强了山融3号的氧化还原稳态维持和基因组稳定能力,提高耐盐性。鉴定了山融3号的抗旱主效候选基因TaFLS1,山融3号中TaFLS1发生表观遗传学变异,启动子区甲基化水平降低而表达量提高,通过促进气孔关闭,提高抗旱性。发现山融3号中抗氧化相关的α-亚麻酸代谢通路明显增强,鉴定了该通路中OPRI分支和JA合成分支关键基因TaOPR1和TaAOC1,发现它们分别通过ABA和JA通路提高耐盐能力,首次证明了一个通路的不同分支可通过不同机制实现相同功能。通过对TaSRO1、TaFLS1、TaOPR1、TaAOC1以及TaCHP、TaGBF1等一系列耐逆重要相关基因的甲基化分析,发现表观遗传学变异导致山融3号中耐逆相关基因的表达发生变化。结合这些结果,我们发现,山融3号等小麦渐渗系优质性状的主要遗传基础不是外源片段,而是外源片段渐渗导致的基因组变异。构建了TaSRO1、TaFLS1、TaOPR1、TaAOC1、TaCHP等基因的转基因小麦,经中间实验验证,转基因小麦的耐盐抗旱能力明显提高,胁迫条件下产量明显增加,显示了它们在小麦耐盐抗旱分子育种中的应用潜力。