簇毛麦染色体特异的探针开发及普通小麦-簇毛麦2V染色体结构变异体的创制

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随着小麦种植品种的逐步单一化,小麦的遗传基础日趋狭窄,通过品种间杂交已很难在产量、抗性、适应性等重要性状改良上取得重大突破。在育种工作中,远缘杂交能有效打破种、属间的隔离,把两个或多个物种通过自然界长时间进化积累的特性重新组合而形成新的类型和品种。利用野生种潜在的有益基因,例如抗病基因、营养高效基因、适应性和丰产性基因等,可以获得远缘杂交新种质资源,进一步拓宽栽培小麦品种的遗传基础,提高其生产潜力,培育出多抗、营养高效和稳产型的小麦新品种。因此,通过远缘杂交,向普通小麦背景中导入外源染色体或其片段,创造异附加系、异代换系和异易位系是染色体工程育种的重要环节。小麦野生近缘物种簇毛麦[Dasypyrum villosum(L.)(Candargy,Dv,2n=14,VV)Schur(syn.Haynaldia villosa(L.)Schur)]是普通小麦遗传改良的重要三级基因资源。在染色体工程育种中,一个重要的研究内容就是对小麦背景中外源染色质进行精确高效鉴定。目前,由于可用作识别簇毛麦染色体的探针的数量有限,簇毛麦FISH核型的分辨率仍然不足。因此亟待开发能够快速准确识别簇毛麦染色体的鉴定体系。同时,培育外源小片段易位系和渐渗系,由于不利基因冗余程度低,可以更好地挖掘利用导入的外源物种有益基因。簇毛麦2V染色体上携带有许多潜在的优良基因有待进一步挖掘,例如:控制颖脊刚毛的基因(Bgr-V1)、控制光周期的基因(Ppd-V1)以及控制穗长等丰产性农艺性状的基因。因此,急需利用染色体工程手段创制涉及簇毛麦2V染色体不同片段大小的易位系。本研究中,首先根据簇毛麦6VS染色体的二代测序数据,利用软件分析了重复序列,根据这些重复序列开发了 10个寡聚核苷酸探针,结果发现7个探针是簇毛麦染色体特异的寡聚核苷酸探针;利用分子标记和簇毛麦2V染色体的形态学标记,在普通小麦-簇毛麦整臂易位系T2VS·2DL分别与烟农19、扬麦22及宁麦9号的正反BC1F1以及F2,F2:3以及F2:4群体中分析了 2VS染色体的传递率以及对农艺性状的影响;利用CSph1b突变体诱导普通小麦-簇毛麦2V染色体结构变异体,在CSph1b突变体与小麦-簇毛麦易位系(T2VS.2DL)及代换系材料[DS2V(2D)]的自交和回交后代群体中,通过原位杂交技术和分子标记辅助选择对结构变异体进行了筛选和鉴定,得到了32份不同类型的结构变异体。1、基于簇毛麦6VS染色体测序信息开发簇毛麦染色体特异的寡聚核苷酸探针根据簇毛麦6VS染色体的二代测序数据,利用RepeatExplorer2进行串联重复序列分析(http://www.repeatexplorer.org.)。聚类分析后,得到高置信度的卫星DNA序列4条,低置信度的卫星DNA序列6条,长末端重复序列3条。根据这些重复序列,利用oligo7软件设计了 10个寡聚核苷酸探针。利用这10个探针在簇毛麦,硬粒小麦-簇毛麦双二倍体以及中国春中进行分析,结果发现有7个探针是簇毛麦染色体特异的寡聚核苷酸探针。在这7个探针中,6VS-CL44、6VS-CL56、6VS-CL57和6VS-CL73这4个探针的信号基本上位于簇毛麦各染色体的端部,而探针6VS-CL18的信号只位于1V、2V、3V、4V和6V染色体的端部;探针6VS-CL1和6VS-CL35的信号比较丰富,除了在染色体端部有信号之外,在染色体中部以及着丝粒区域也产生信号。将这两个探针结合,可以构建簇毛麦的FISH核型,可以用于鉴定和识别簇毛麦的各条染色体。2、普通小麦-簇毛麦T2VS·2DL纯合整臂易位系的传递规律和遗传效应利用分子标记和簇毛麦2V染色体的形态学标记,在普通小麦-簇毛麦染色体整臂易位系T2VS·2DL分别与烟农19、扬麦22及宁麦9号的正反BC1F1以及F2,F2:3以及F2:4群体中分析了 2VS染色体的传递率以及对农艺性状的影响。结果发现,易位系中的T2VS·2DL染色体确实能够正常参与配对和分离,并且可以正常的通过雌雄配子进行传递,但是各个组合通过雌雄配子传递的效率不同。在不同小麦遗传背景下,T2VS·2QDL易位染色体的遗传效应表现各不相同,总体上看,T2VS·2DL易位染色体在穗长、小穗数等产量性状方面均有正向效应。3、利用中国春ph1b突变体诱导普通小麦-簇毛麦2V染色体结构变异体利用CSph1b突变体诱导小麦-簇毛麦易位系及代换系材料,利用细胞学鉴定技术(GISH/FISH)及分子标记辅助选择相结合,在簇毛麦2V染色体杂合型且ph1bph1b基因隐性纯合的植株自交后代中,共筛选到涉及簇毛麦2 V染色体的结构变异体3 2份,其中包括纯合顶端易位7份,杂合顶端易位10份,端体及双端体材料15份。使用寡聚核苷酸探针oligo-pA s1和oligo-pSc119.2,对易位染色体所涉及的小麦染色体的身份进行了分析,分析发现易位染色体所涉及的小麦染色体都是小麦第二部分同源群2A、2D和2B染色体,进一步表明这些易位系的获得是通过部分同源染色体重组产生的补偿性易位系。
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