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远缘杂交是新物种形成的重要途径,也是植物进化过程中的重要推动力。远缘杂交导致新性状的产生,其中一些变异性状能稳定传递给后代,这为遗传多样性的发生提供了条件。尽管许多研究者对远缘杂交及异源多倍化进行了大量的研究,但是对这些变异蕴藏的分子机制却知之甚少。高分子量谷蛋白亚基(High-molecular-weight glutenin subunit, HMW-GS)影响小麦的品质农艺性状,其亚基构成与小麦面粉的加工和烘烤品质有紧密联系。本研究通过用日本地方品种Shinchunaga (Triticum aestivum L. cv. Shinchunaga,2n=42, AABBDD)为母本和中国秦岭黑麦(Secale cereale L. cv. Qinling,2n=14, RR)为父本进行属间杂交,得到了杂交种子B(F1),通过单粒传递构建衍生后代,并逐代分析HMW-GS的组成,寻找变异材料,通过形态学、细胞学及分子生物学研究,以期探究引发HMW-GS变异的分子机制及变异的遗传分离。取得如下结果：1.通过SDS-PAGE对F4代种子的HMW-GS组成分析,发现存在三种变异类型：B-1-2-2(F4)的1Dx2.2消失,Rx下面新增一条带,同时1Bx7+lBy8消失；B-1-2-4(F4)的1Bx7+1By8消失；B-1-2-6(F4)Rx下面新增一条带,同时1Bx7+1By8消失。对它们自交的F5种子进一步鉴定,发现B-1-2-2和B-1-2-4两种变异能稳定遗传,而B-1-2-6又分离出了和F4相同的三种变异类型。追踪其低世代材料的HMW-GS组成,发现F1代B以及F2代B-1均表现为野生型HMW-GS亚基组成,变异发生在F3代B-1-2,在随后的F4,F5分离出了稳定变异的材料。2.对发生稳定变异的材料田间农艺性状调查发现,在株高、分蘖数、主穗长、主穗小穗数方面与父本秦岭黑麦存在较大差异,而与母本普通小麦Shinchunaga则较为接近,同时后代各材料之间的农艺性状都趋于一致,并且结实正常,这表明它们已经形成稳定的品系材料。3.对稳定变异材料进行了细胞学鉴定。在根尖染色体数目观察中发现,它们均有42条染色体。花粉母细胞减数分裂中期染色体的配对观察发现,绝大多数细胞染色体配对形成二价体(包括20个环状二价体和1个棒状二价体),这表明细胞学已较为稳定。进一步的GISH分析,鉴定出42条染色体中存在2条黑麦染色体,在减数分裂中期两条黑麦染色体配对呈棒状二价体,后期能正常分离。通过FISH分析,表明是一个1B/1R代换系。这从细胞学上解释了Bx7+By8同时消失的原因。4.通过对变异材料的分子鉴定,在B-1-2-2-1(F5)和B-1-2-6-1(F5)中克隆筛选到一个变异的Glu-1Dx2.2——Glu-1Dx2.2v。Glu-1Dx2.2v全长2523bp,具有典型的HMW-GS基因结构。和野生型Glu-1Dx2.2序列比对发现它是在中央重复区通·过2个295bp的正向重复序列(DR)经异常重组产生删除突变形成的Glu-1Dx2.2等位基因。该等位基因拥有完整的开放阅读框,通过原核表达系统将该基因成功表达,其表达蛋白的电泳迁移率和种子胚乳中新增条带基本一致,表明新增条带可能就是1Dx2.2v。进一步的RNA验证,表明新产生的Glu-1Dx2.2v能够在表达器官——胚乳中表达。特异分子标记的鉴定进一步证实了：Rx亚基下面新增的HMW-GS条带即为1Dx2.2v亚基。5.通过追踪低世代材料HMW-GS的组成,结合分子证据,表明变异可能是在F2代的减数分裂时期,通过异常重组产生,形成含Glu-1Dx2.2v的变异配子和Glu-1Dx2.2野生型配子,并融合形成杂合F3植株,变异再按孟德尔遗传定律进行遗传分离。