全 文 ：　　收稿日期:2001-09-25;修订日期:2001-12-08
基金项目:国家自然科学基金(39893350)、江苏省自然科学基金(BK97090)、高校博士点基金(970205)和美国Mcknight基金资助[ This project
was supported by National Natural Science Foundation of China(39893350), Natural Science Foundation of Jiangsu Province(BK97090), Research Found for the
Doctoral Program of High Education(970205)and McKnight Foundation]
①联系人。 E-mail:pdchen @ njau.edu.cn
普通小麦-大赖草易位系 NAU601和 NAU618的选育
及双端二体测交分析
杨宝军 ,窦全文 ,刘文轩 ,周　波 ,陈佩度①
(南京农业大学农业部作物细胞遗传重点开放实验室 ,南京　210095)
摘要:利用根尖体细胞有丝分裂中期染色体 Giemsa C-分带和荧光原位杂交从普通小麦-大赖草 Lr.2 、Lr.7 异附加系
辐射后代中选育出 2个纯合易位系:(1)易位系 NAU618(MS142-3), 2n=44 ,易位染色体由大赖草 Lr.7 染色体的大部
分(约 5/6 ,包括着丝粒)及小麦染色体 1A短臂的一部分(近端约1/3)组成 ,外源染色体片段的长度约占易位染色体
总长度的 4/5;(2)易位系 NAU601(MS101-4), 2n=42 ,易位染色体由小麦染色体 4B 的整个短臂和 4B 长臂近着丝粒
部分(1/3)及大赖草 Lr.2 短臂的绝大部分组成 ,外源染色体片段占易位染色体长臂的 1/2。对易位系进行的双端二
体测交分析证实易位所涉及的小麦染色体分别为 1A和 4B。连续 3年单花滴注法进行的田间赤霉病抗性接种鉴定
结果表明 , 普通小麦-大赖草异源易位系 NAU618(MS142-3)对赤霉病的抗性与抗病对照品种苏麦 3 号相仿 , 易位系
NAU601(MS101-4)对赤霉病抗性低于苏麦 3 号 ,但明显高于感病亲本中国春。
关键词:普通小麦;大赖草;Giemsa C-分带;荧光原位杂交;双端二体测交分析;赤霉病抗性
中图分类号:Q343　　文献标识码:A　　文章编号:0379-4172(2002)04-0350-05
Development of Triticum aestivum-Leymus racemosus Translocation Lines
NAU601 and NAU618 and Their Test-cross Analysis with Double Ditelosomic
YANG Bao-Jun , DOU Quan-Wen , LIU Wen-Xuan , ZHOU Bo , CHEN Pei-Du①
(Key Laboratory of Crop Cytogenetics of Ministry of Agriculture , Nanjing Agricultural University , Nanjing 210095, China)
Abstract:Two Triticum aestivum-Leymus racemosus disomic translocation lines were selected and identified
from irradiated progenies of T .aestivum-L.racemosus addition lines Lr.2 and Lr.7 by somotic chromosome C-
banding and fluorescence in situ hybridization by using L .racemosus genomic DNA as probe.NAU618
(MS142-3), 2n=44 , is a disomic addition translocation line with a pair of translocated chromosome consisting
of 5/6 length of L .racemosus chromosome Lr.7(including centromere)and 1/3 distal part of wheat chromo-
some 1A short arm.The alien segment is about 4/5 of the length of translocated chromosome.NAU601
(MS101-4), 2n=42 , is a disomic translocation lines with a pair of translocated chromosome consisting of 4B
short arm , interstitial 1/3 part of 4BL and almost Lr.2S , the alien segment is a half of the long arm of translo-
cated chromosome.The results of test-cross analysis with T.aestivum c.v Chinese Spring double ditelosomic
combine meiotic chromosomes C-banding indicated that the translocated chromosomes in these two translocation
lines were involved in chromosome 1A and 4B respectively.Their resistance to wheat scab was identified using
single floret inoculation in three successive years and showed that the resistance of NAU618(MS142-3)was
similar to that of resistant check variety Sumai 3 , and NAU601(MS101-4)was lower than Sumai 3 but much
higher than suscebtible parent Chinese Spring.
遗 传 学 报 , 29(4):350～ 354 , 2002
Acta Genetica Sinica
Key wrods:Triticum aestivum;Leymus racemosus ;Giemsa C-banding;fluorescence in situ hybridization;
double ditelosomic testing-cross analysis;scab resistance
小麦赤霉病(Wheat scab head blight)是世界上湿
润半湿润小麦种植区的主要病害 。在中国 , 2/3 以
上的省份有过赤霉病的发生 ,发病面积达 700 万公
顷 ,占中国小麦总面积的 25%以上 ,其中尤以长江
中下游地区 、南部沿海地区及黑龙江省东部最为严
重。虽然药剂防治在一定程度上可控制赤霉病危
害 ,但从长远来说培育抗病品种还是最经济有效及
安全的解决途径 。由于现代育种过程所造成的遗传
基础狭窄及普通小麦内基因资源的贫乏 ,使得从小
麦近缘种属转移抗性有利基因的研究具有非常重要
的意义 。为解决普通小麦中抗赤霉病基因资源贫
乏 ,拓展小麦赤霉病抗源 ,育种家开展了从小麦亲缘
物种中筛选新型抗源的研究。Mujeeb-kazi等[ 1 , 2] 报
道巨大冰麦草(Elymus giganteus 即大赖草 Leymus
racemosus)对赤霉病有较好抗性 。南京农业大学细
胞遗传研究所采用单花滴注接种鉴定的方法 ,证实
大赖草对赤霉病的确有良好抗性 ,并育成了分别添
加有大赖草第 2(Lr.2)、第7(Lr.7)和第 14(Lr.14)染
色体的抗赤霉病异附加系[ 3] 。为了尽可能减少因整
条外源染色体的导入所伴随的不利影响 ,又在育成
抗赤霉病异附加系的基础上利用花粉辐射和减数分
裂期成株辐射 、杀配子染色体效应和部分同源染色
体配对控制体系等方法 ,创造小麦-大赖草间的易
位 ,通过染色体 C-分带 、分子原位杂交和赤霉病抗
性鉴定 ,已初步筛选鉴定出 10多个涉及上述 3条染
色体与不同小麦染色体之间的易位系[ 4 ～ 7] 。但这些
易位系在植株形态 、赤霉病抗性和细胞学方面均尚
不稳定 ,易位系的确切身份尤其是易位所涉及的是
哪一条小麦染色体 ,它们的遗传补偿性如何 ,还有待
进一步鉴定 。本研究在此工作基础上 ,一方面从原
有的辐射后代中继续筛选新的易位系 ,另一方面对
这些易位系利用中国春双端二体与之测交 ,观察分
析经染色体 C-分带后测交一代花粉母细胞减数分
裂中期Ⅰ端着丝粒染色体与外源易位染色体的配对
情况 ,以确定该易位系的确切组成 ,为加速选育细胞
遗传学稳定性高 、补偿性好 、赤霉病抗性高而稳定的
易位系服务。
1　材料和方法
1.1　材料
　　供试材料包括普通小麦-大赖草 Lr.7单体异附
加系减数分裂期成株辐射(60Co-γ射线)自交后代;
从扬麦 5号与普通小麦-大赖草 Lr.2单体异附加系
(花粉经 1kR的60Co-γ射线辐射处理)的杂种后代中
初步筛选鉴定出的小麦-大赖草易位系 T01[ 6] ;抗赤
霉病对照品种苏麦 3号 ,感赤霉病对照品种中国春。
1.2　方法
1.2.1　染色体 Giemsa C-分带和荧光原位杂交
(FISH)　　根尖体细胞有丝分裂中期或花粉母细胞
减数分裂中期 Ⅰ染色体用压片法制片 ,在-70℃的
超低温冰箱中冷冻后揭去盖玻片 ,Giemsa C-分带参
照Gill等[ 8]的程序 。原位杂交参照Mukai and Gill[ 9]
及陈佩度等[ 10]的方法 ,略有改动。大赖草基因组
DNA用 CTAB法提取 ,使用 Nick Translation Kit(Cat.
42803 Enzo Diagnostics , Inc.)试剂盒提供的试剂和程
序 ,采用缺口平移法用 biotin-ll-dUTP标记 ,用普通小
麦 DNA作封阻 ,原位杂交后用荧光生物素(FITC)检
测 ,在 450 ～ 490nm波长下 ,杂交信号呈黄绿色 ,未杂
交的染色体呈红棕色。
1.2.2　赤霉病抗性鉴定　　赤霉病抗性鉴定采用
单花滴注法[ 11]进行 ,所用禾谷镰刀菌菌种是由江苏
省农科院植保所提供的 F4 、F15 、F17和 F34 4种强
毒菌株分生孢子悬浮液的混合液 。赤霉病病级分级
标准按徐雍皋[ 12]的方法 ,在接种后 15 ～ 20d 根据接
种穗发病程度从不感病到完全感病分为 0 ～ 5级。
1.2.3　双端二体测交分析　　根据染色体 C-分带
检测的初步结果 ,选用相对应的双端二体与易位系
测交。测交一代花粉母细胞减数分裂中期 Ⅰ制片经
染色体C-分带并用另一个不对应的双端二体测交
作对照 ,观察测交后代(TC1)端着丝粒染色体与易位
染色体的配对情况 ,确定易位涉及的是哪一条普通
小麦染色体 。
2　结果
2.1　易位系 NAU618的选育 、鉴定
　　从小麦-大赖草 Lr.7单体异附加系辐射自交后
代中 ,通过Giemsa C-分带及荧光原位杂交结合赤霉
病抗性接种鉴定 ,筛选出植株MS142-3 ,2n=44。根
尖体细胞(RTC)染色体 C-分带结果显示其中一对染
色体长臂上有一条强的末端带 ,短臂上有一条弱的
4期 杨宝军等:普通小麦-大赖草易位系NAU601 和 NAU618 的选育及双端二体测交分析 351　
末端带 ,并有微弱的着丝粒带 ,推测可能是普通小麦
1A与大赖草 Lr.7 染色体发生了易位(图版 Ⅰ-3)。
以大赖草基因组 DNA 作探针的荧光原位杂交
(FISH)显示易位染色体中外源染色体片段较大 ,超
过一个臂 ,约为 Lr.7 染色体全长的 5/6(包含着丝
粒),而小麦染色体仅占端部一小部分 ,推测易位断
裂点位于 1AS近端部 ,约占 1A 短臂的 1/3(图版 Ⅰ-
5)。为准确鉴定易位所涉及的小麦染色体 ,又用中
国春双端二体 1A与 MS142-3测交(MS142-3×C.S.
ddt.1A)TC1花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ(PMC M Ⅰ)
C-分带结果显示 ,1AS 与易位染色体的短臂配对形
成异型二价体 ,具有该异型二价体的花粉母细胞占
所统计69个细胞的 70%(表 1)。同时 ,由于该易位
系为附加易位 ,除含有一对 1A与 Lr.7染色体间的
易位染色体外 ,还有一对完整的 1A ,因此来自双端
二体 1A的另一条端着丝粒染色体 1AL 也可与 1A
配对形成一个异型二价体 ,因而在 TC1 中可看到 2
个 C-带带型不同的异型二价体(图版Ⅰ-4)。而在配
制的对照测交组合(MS142-3×C.S.ddt.4A)TC1 中 ,
来自双端二体4A的 4AS和 4AL 与被测易位系中的
4A配成“V”型三价体 。含有这种 V 型三价体的花
粉母细胞在所统计的 58个花粉母细胞中的出现频
率为80%(表 1)。这些结果均表明易位所涉及的小
麦染色体为 1A。该易位染色体可用 T1AS-Lr.7表
示 ,该易位是添加了 1对 T1AS-Lr.7易位染色体的
附加易位系 ,编号为NAU618。
表 1　中国春(双)端二体与易位系测交一代(TC1)PMC MⅠ染色体构型
Table 1　Chromosome configuration of(Translocation lines ×C.S.ddt)TC1PMC at MⅠ
材料
Materials
观察的花粉母细胞数
Observed PMC′s
含有 tl″的花粉母细胞数
PMC′s involved in tl″(%)
含有 tlt 的花粉母细胞数
PMC′s involved in tlt (%)
MS101-4×C.S.dt.4BS 78 60(79)
MS142-3×C.S.ddt 1A 69 48(70)
MS142-3×C.S.ddt 4A 58 46(80)
2.2　易位系 NAU601的选育 、鉴定
将抗赤霉病的小麦-大赖草 Lr.2单体异附加系
花粉经过60Co-γ射线1kR辐射处理后给扬麦 5号授
粉 ,杂交后代连续进行赤霉病抗性接种鉴定 ,并结合
C-分带 、荧光原位杂交从中筛选鉴定出易位系 T01。
该易位系 2n=42 ,含有一对在 Lr.2长臂与 4B 长臂
之间易位的染色体(T4BS·4BL-Lr.2S)。但该易位系
在植株外部形态如株高 、穗形 、芒的有无 、结实率及
赤霉病抗性等方面均未稳定[ 6] 。本研究一方面对该
易位系继续进行农艺性状 、结实率和赤霉病抗性的
选择 、鉴定;与此同时 ,进行细胞学鉴定 ,采用染色体
C-分带 、以大赖草基因组 DNA作探针的荧光原位杂
交等方法 ,从 T01后代中选出具有一对 T4BS·4BL-
Lr.2S易位染色体的植株 MS101-4 ,根据根尖体细胞
染色体 Giemsa C-分带结果推测小麦 4B 染色体长臂
的一部分被 Lr.2S所取代(图版 Ⅰ-1),荧光原位杂
交(FISH)证实 4B长臂的大约一半被 Lr.2S取代(图
版Ⅰ-6);为进一步验证易位所涉及小麦染色体为
4B ,配制了中国春端二体 4BS 与 MS101-4 的测交 ,
TC1PMC MI 染色体 Giemsa C-分带显示 ,4BS 与易位
染色体配对呈异型二价体(图版 Ⅰ-2),含有这种异
型二价体的花粉母细胞占所统计细胞数(78个)的
79%(表 1),表明易位所涉及小麦染色体为 4B。现
将含有 T4BS·4BL-Lr.2S 易位染色体的易位系编号
为 NAU601。
2.3　赤霉病抗性鉴定
于 1999年 ～ 2001年连续 3年对两个易位系进
行赤霉病抗性单花滴注接种鉴定 ,鉴定结果(表 2)
表明 MS142-3对赤霉病的抗性接近抗病对照品种苏
麦 3号 ,而 MS101-4的赤霉病抗性低于苏麦 3号 ,但
明显高于感病对照品种中国春。
表 2　赤霉病抗性鉴定(1999 年～ 2001年)
Table 2　Identification result of scab resistance in 1999 ～ 2001
材料Material 1999年 2000年 2001年
MS101-4 2.61) 2.0 2.0
MS142-3 2.9 1.0 1.7
Sumai 3(R) 1.9 1.2 1.4
Chinese Spring(S) 3.4 2.8 3.3
　　1)赤霉病抗性等级从不感病到完全感病分为 0～ 5级
1)Scab disease score from resistant to susceptible as 0～ 5
352　 遗　　传　　学　　报 29卷
3　讨论
(MS101-4×C.S.dt 4BS)TC1PMC MI中 ,除含有
一个 4BS 与 4BS·4BL-Lr.2S形成的异型二价体外 ,
还含有一个闭环状的四价体(图版Ⅰ-6)。据 C-分带
结果推测该四价体可能是由于小麦自身染色体发生
易位等结构变异所致 。因此还必须对该易位系继续
进行选择 、鉴定 。
普通小麦-大赖草异源易位系 MS101-4对赤霉
病具有较高的抗性 ,由于扬麦 5号为中感品种 ,推测
其抗病性与大赖草染色体 Lr.2短臂上的抗赤霉病
基因有关 。而易位系 MS142-3 是从普通小麦-大赖
草Lr.7单体异附加系(受体品种为中国春 ,高感赤
霉病)的辐射自交后代中选育的 ,其抗性显著高于感
病对照品种中国春 ,因此推测其抗性基因来源于大
赖草染色体Lr.7。但赤霉病接种鉴定受所用菌种质
量 、接种后气候变化等诸多因素的影响 ,为获得可靠
的赤霉病抗性结果 ,还需要进行大群体 、多年 、多点
的抗性接种鉴定 。
本研究将染色体分带 、分子原位杂交与双端二
体测交分析巧妙结合 ,对易位系进行了准确鉴定 ,为
开展抗赤霉病基因定位及补偿性好的易位系的选育
打好了基础。
我们正采用上述方法与 RFLP 分析等分子生物
学技术相结合 ,创造出更多涉及不同片段大小的易
位系或缺失系 ,以精细地确定易位染色体的组成和
对赤霉病抗性基因进行精细定位。
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4期 杨宝军等:普通小麦-大赖草易位系NAU601 和 NAU618 的选育及双端二体测交分析 353　
图　版　说　明
1:MS101-4的 RTC染色体Giemsa C-分带(※示一对 4BS·4BL-Lr.2S易位染色体);2:(MS101-4×C.S.dt 4BS)TC1 PMCMI染色体Giemsa C-分带(※
示 4BS与 4BS· 4BL-Lr.2S 配对形成的异型二价体);3:MS142-3 的 RTC 染色体 Giemsa C-分带(※示一对 Lr.7-1AS 易位染色体);
4:(MS142-3×C.S.ddt 1A)TC1PMC MI 染色体Giemsa C-分带(※示 1AS与易位染色体形成的异型二价体; 示 1AL 与 1A 形成的异型二价体);
5:含一对 Lr.7-1AS易位染色体的 RTC染色体荧光原位杂交 ,外源染色体片段呈黄绿色;6:含一对 4BS·4BL-Lr.2S易位染色体的 RTC染色体荧
光原位杂交 ,外源染色体片段呈黄绿色
Explanation of Plate
1:C-banded chromosomes in RTC of MS101-4 , ※denote translocation chromosomes T4B·4BL-Lr.2S;2:C-banded chromosome pairing at MI of PMC in(MS101-
4×C.S.dt.4BS)TC1 , ※shows 4BS paired with T4BS·4BL-Lr.2S as a heteromorphic bivalent;3:C-banded chromosomes in RTC of MS142-3 , ※denote translo-
cation chromosomes Lr.7-1AS;4:C-banded chromosome pairing at MI of PMC in(MS142-3×C.S.ddt.1A)TC1 , ※shows 1AS paired with T1AS-Lr.7 as a het-
eromorphic bivalent and shows 1AL paried with 1A as another heteromorphic bivalent;5 ,6:FISH chromosomes of RTC in MS142-3 and MS101-4 respe-
ctively.The chromosome segments of L.racemosus show green signals
(责任编辑:张艳)
354　 遗　　传　　学　　报 29卷