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)资助[ This project was supported by Na-
tional Natural Science Foundation of China(39893350), Natural Science Foundation of Jiangsu Province(BK97090), Research Found for the Doctoral Program of
High Education(970205)]
①联系人。 E-mail:pdchen @ njau.edu.cn
利用离果山羊草 3C染色体诱导簇毛麦 4V染色体
结构变异
陈全战 ,亓增军 ,冯 高 ,王苏玲 ,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:通过普通小麦农林 26-离果山羊草 3C异附加系与普通小麦-簇毛麦 4V(4D)代换系杂交 ,杂交 F1代与普通小
麦回交 ,综合运用染色体构型分析 、C-分带和荧光原位杂交等技术从 BC1F2 、BC1F3 代中鉴定出涉及簇毛麦 4V染色
体的易位系 、端体 、等臂染色体系等变异植株 ,表明离果山羊草 3C 染色体可有效诱发簇毛麦 4V染色体结构变异 ,
是创造小麦-簇毛麦 4V易位系的一种有效途径。
关键词:杀配子效应;簇毛麦;C-分带;荧光原位杂交;易位
中图分类号:Q343　　文献标识码:A　　文章编号:0379-4172(2002)04-0355-04
Structural Changes of 4V Chromosome of Haynaldia villosa Induced
by Gametocidal Chromosome 3C of Aegilops triuncialis
CHEN Quan-Zhan , QI Zeng-Jun , FENG Yi-Gao , WANG Su-Ling , CHEN Pei-Du①
(Key Laboratory of Crop Cytogenetics , Ministry of Agriculture , Nanjing Agricultural University , Nanjing 210095 , China)
Abstract:Chromosome 3C of Aegilops triuncialis was discovered with ability to be transferred preferentially in
the case of its monosomic status in wheat background , whereas , those gametes without 3C would result in chro-
mosome structural changes including deletions and translocations. In the present study , Triticum
aestivum-Haynaldia vi llosa substitution line 4V(4D)developed in our laboratory , was crossed to T .aestivum
c.v.Norin 26-Aegi lops triuncialis 3C addition line , and the hybrids F1were then backcrossed with common
wheat in order to induce structural changes of 4V.Both chromosome C-banding and genomic in situ hybridiza-
tion was applied to search such chromosome variations.In this case , total genomic DNA of Haynaldia villosa
was labelled by Biotin-11-dUTP as probes and total genomic DNA of Chinese Spring as the block.Moreover ,
several chromosome changes within common wheat such as isochromosome 1BL.1BL(B39-2)and others were
also revealed.The result indicated that two translocation lines T4VL.3AS(A47-10-3)and T4VS.4DL(A47-25-
4), two telocentric chromosome lines A47-7-2(4VS)andA47-32-2(4VL), and two isochromosomes including
4VS.4VS(A47-23)and 4VL.4VL(A412-5-4)were identified from BC1F2 or BC1F3.This result indicated that
gametocidal chromosome 3C of Aegilop triuncialis could effectively induce structural changes of both chromo-
some 4V of Haynaldia vi llosa and chromosomes of wheat.
Key words:gametocidal effect;Haynaldia vi llosa ;C-banding;genomic in situ hybridization
　　簇毛麦(Haynaldia villosa , 2n=14 , VV)属于禾 本科 (Gramineae)小麦族(Triticeae)簇毛麦属
遗 传 学 报 , 29(4):355～ 358 , 2002
Acta Genetica Sinica
(Haynaldia Shar.),具有抗白粉病 、抗锈病 、抗梭条
花叶病 、抗全蚀病 、分蘖力强 、小穗数多 、耐旱以及籽
粒蛋白质含量高等优良性状[ 1 , 2] 。南京农业大学细
胞遗传研究所自 20世纪 70年代起从事将簇毛麦优
良性状导入普通小麦的研究 ,已成功地将簇毛麦 6V
染色体上的抗白粉病基因(Pm21)通过异附加系 、
异代换系和易位系等方式导入到普通小麦栽培品种
中[ 3 ～ 5] 。研究表明簇毛麦 4V 染色体上携有抗小麦
眼斑病的基因[ 6 ,7] ,近年来 ,经过多年多点的抗病接
种实验 ,我们发现簇毛麦 4V 染色体与抗小麦全蚀
病有关。为了进一步定位 4V 染色体上的有益基
因 ,并利用它为小麦抗病育种服务 ,创造涉及簇毛麦
4V染色体的结构变异体就显得很有必要。
Endo等[ 8] 、Tsujimoto 等[ 9]发现在小麦与柱穗山
羊草或离果山羊草的杂种后代中 ,柱穗山羊草的 2C
和离果山羊草的 3C 染色体具有优先传递的功能 ,其
作用机理是当它处于单体状态时 ,引起不携带该染
色体的配子中的染色体发生断裂和重接 ,产生染色
体缺失和易位等结构变异而导致不育 ,似乎是这种
山羊草染色体将那些不含它们的配子“杀死” ,因此
将具有这种功能的染色体称为杀配子染色体 。在随
后的研究中他们又发现在中国春背景中的柱穗山羊
草2C和农林 26背景中的离果山羊草 3C 染色体既
能引起染色体结构变异 ,同时对它的后代的育性 、结
实率影响较小。利用这一特点 , Endo 等成功地创造
出一套涉及中国春小麦 21对染色体不同部位不同
长度片段缺失的缺失系[ 10] ,诱导出小麦-黑麦[ 11] 、小
麦-大麦[ 12]易位系 。袁建华 、陈佩度等利用柱穗山
羊草 2C染色体的杀配子作用 ,成功地诱导出小麦-
大赖草易位系和端体 、缺失等结构变异[ 13] 。本研究
旨在利用农林-26 背景中的离果山羊草 3C 染色体
诱发簇毛麦 4V染色体的结构变异 ,以便将 4V染色
体上的抗性基因通过易位系等方式导入栽培小麦品
种中 。
1　材料和方法
1.1　材料
普通小麦农林 26-离果山羊草3C染色体二体异
附加系由日本京都大学 Endo教授提供。普通小麦-
簇毛麦 4V(4D)代换系由南京农业大学细胞遗传研
究所选育和提供 。
1.2　方法
1.2.1　根尖细胞(RTC)染色体制片　　种子在垫有
湿滤纸的培养皿中置 20℃培养箱中萌发 ,待根长
1 ～ 2cm时剪取根尖 ,在冰水中预处理 22 ～ 24h后 ,用
酒精-冰醋酸(3∶1)固定液固定 ,2 ～ 7d后在 45%醋
酸中压片 , -70℃冷冻揭片 。
1.2.2　花粉母细胞减数分裂中期 Ⅰ染色体制片　
　挑取处于减数分裂中期Ⅰ的花药 ,用酒精-冰醋酸
(3∶1)固定液固定并放置 4℃冰箱中备用。制片时
取出花药在 1%醋酸洋红中染色压片后统计染色体
构型 。或在 45%醋酸中压片 , -70℃超低温冰箱中
冷冻后揭片 ,进行 C-分带。
1.2.3　染色体Giemsa C-分带　　染色体 Giemsa C-
分带方法参照 Gill和 Friebe[ 14]程序 ,揭去盖玻片的
玻片在 100%酒精中脱水 , 在 1mol/L HCl 60℃
2.5min ,水洗 ,饱和 Ba(OH)2溶液室温 7min ,2×SSC
60℃,60min ,在用磷酸缓冲液稀释的 Giemsa 染色液
中染色至适度 ,用蒸馏水冲洗 ,气干后观察 、照相 。
1.2.4　荧光原位杂交　　参照陈佩度等[ 15]和 Jiang
等[ 16]程序。用经 biotin-11-dUTP 标记的簇毛麦基因
组 DNA作探针 ,普通小麦基因组 DNA 作遮盖 ,杂交
信号用 FITC检测 ,在 450 ～ 490nm波长下 ,簇毛麦染
色质呈绿色 ,小麦染色体呈红色。在 Olympus荧光
显微镜下观察 、照相。
2　结果与分析
2.1　亲本根尖细胞染色体 C-分带分析
　　普通小麦-簇毛麦 4V(4D)代换系中 4V染色体
经 C-分带后具有特征带型(图版 Ⅰ-1),该染色体的
短臂上有一个强端带 ,在短臂的近着丝粒处有一个
强带 ,长臂的末端和近端各有一强带 ,另外长臂近着
丝粒处有两个弱带(图版 Ⅰ-5a)。离果山羊草 3C染
色体是近端着丝粒染色体 ,经 C-分带 ,在长臂近中
部 、长臂端部及近端部各有一个弱带 ,短臂末端及近
着丝粒处分别有一个弱带 。簇毛麦 4V 和离果山羊
草 3C染色体 ,可与普通小麦染色体相区分(图版 Ⅰ-
2)。
2.2　离果山羊草 3C染色体诱发产生的涉及 4V染
色体的结构变异
　　本实验于 1997 年春配制普通小麦-簇毛麦 4V
(4D)代换系与普通小麦农林 26-离果山羊草 3C 异
附加系之间的杂交 ,F1 种子经染色体计数和 C-分带
鉴定为真杂种 ,杂种 F1 与扬麦 5 号回交后让其自
交 。在 BC1F2 、BC1F3 代中 ,利用染色体 C-分带技术
356　 遗　　传　　学　　报 29卷
并结合花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ染色体配对构型
分析筛选涉及 4V染色体的结构变异株 ,然后用簇
毛麦基因组 DNA作探针的分子原位杂交(GISH)对
初筛出的 4V染色体结构变异株作进一步鉴定。
2.2.1　涉及簇毛麦 4V染色体的易位　　利用染色
体C-分带技术 ,在BC1F2代中 ,鉴定出A47-10-3植株
含有一条 C-分带带型明显不同于普通小麦和簇毛
麦4V染色体的可能易位染色体 。该染色体长臂的
端部和近端部有较强的带 ,在近着丝粒处有两个弱
带 ,这与 4V染色体长臂的 C-带带型相同 。该染色
体的短臂近着丝粒处有一弱带 ,与小麦 3A 染色体
的短臂C-带带型相似 。据此 ,推测该染色体是由 4V
的长臂和 3A 的短臂组成的易位染色体。第二年 ,
从A47-10-3植株自交后代中 ,筛选出 A47-10-3-3 为
含有一对这一染色体的植株(图版 Ⅰ-4),对该株根
尖细胞有丝分裂中期染色体进行以生物素标记的簇
毛麦基因组 DNA为探针 、普通小麦 DNA作封阻的
荧光原位杂交分析 ,结果表明这对变异染色体为涉
及小麦与簇毛麦染色体的易位染色体 ,易位断点靠
近着丝粒(图版 Ⅰ-6),对 A47-10-3-3根尖细胞染色
体C-分带带型分析还发现该株除了含有这对易位
染色体之外 ,还含有一对在近着丝粒处和端部各有
一个弱带的端着丝粒染色体 ,其5B染色体也发生了
结构变化 。
在 BC1F2中还发现 A47-25-4植株含有一条在短
臂端部和短臂近着丝粒处各有一个强带 、长臂的中
部有一较深的带 ,推测是 4VS·4DL 易位的染色体 ,
荧光原位杂交也证实该染色体的短臂来自簇毛麦
(图版 Ⅰ-5 , c)。
2.2.2　涉及簇毛麦染色体4V整臂的结构变异　　
利用染色体 C-分带从 BC1F2 代中鉴定出 , A412-5-4
植株为含有一条 4VL·4VL等臂染色体(图版 Ⅰ-3)的
代换系 ,在花粉母细胞减数分裂中期 Ⅰ ,4VL·4VL 等
臂染色体的两臂自我配对 ,荧光原位杂交证实 ,该变
异染色体来自簇毛麦 。在 BC1F2 中还鉴定出 A47-23
植株为含有一条 4VS·4VS等臂染色体(图版Ⅰ-5 ,b)
的结构变异株 ,花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ ,变异的
染色体自我配对 ,荧光原位杂交证实 ,该变异染色体
来自簇毛麦。在 A47-23 自交后代中已筛选出一株
含有两条 4VS·4VS等臂染色体 、编号为 A47-23-6的
纯合变异株。
在BC1F2和 BC1F3 中 ,还鉴定出 A47-7-2植株含
有一个4VS 端体(图版 Ⅰ-5 , d)。A47-32-2植株含有
一个 4VL端体(图版 Ⅰ-5 , e)。此外在 BC1F2 中通过
C-分带还鉴定出含有一条 1BL·1BL 等臂染色体 、编
号为 B39-2的变异株(图版 Ⅰ-5 , f)。
3　讨论
我们在实验过程中观察到 BC1F1 代花粉母细胞
中单价体频率和多价体的频率均较高 ,推测有部分
染色体发生了结构变异 。从 BC1F2 代我们先用根尖
细胞染色体 C-分带对BC1F1 代多价体频率较高的植
株的后代进行鉴定 ,发现染色体带型有变化的植株
后再用荧光原位杂交进一步鉴定 ,鉴定出许多涉及
4V染色体的结构变异株 ,这些结构变异涉及 4V染
色体的整条长臂和短臂 。我们认为如果从 BC1F2 代
先用荧光原位杂交进行筛选 ,再结合 C-分带和其他
技术筛选 ,也许可鉴定出一些不带有强带的小片段
易位(包括中间插入易位)。本研究结果表明农林-
26背景中离果山羊草 3C 染色体在诱导涉及簇毛麦
4V染色体的结构变异及创造普通小麦染色体结构
变异方面不仅是可行的 ,而且是高效的 。由此创造
出的许多涉及不同大小片段的异易位系和缺失体对
表型性状基因 、生化标记 、DNA 分子标记的物理作
图将有非常重要的作用 。上述涉及簇毛麦 4V染色
体结构变异植株的全蚀病 、眼斑病抗性尚待进行接
种鉴定 。
农林26背景中离果山羊草 3C染色体虽然能高
效诱导 4V 染色体结构变异 ,但由它诱导产生的染
色体易位不一定发生在属于同一个部分同源群的染
色体之间 ,因而其遗传补偿性较差 ,对育性和农艺性
状有较大影响 ,加之在诱发小麦与外源染色体之间
易位的同时 ,还常常引起小麦染色体之间的易位和
缺失 ,因而其遗传稳定性差 、育性低 ,需连续多代进
行细胞遗传学稳定性和结实率等性状的选择鉴定。
参考文献
[ 1 ] 　Sears E R.Addition of the genome of Haynaldia vi llosa to Trit icum
aestivum .Amer.J.Botany , 1953, 40:174～ 182.
[ 2 ] 　Chen P D , Liu D J.Cytogenetic studies of hybrid progenies between
Tri ticum aest ivum and Haynaldia vi llosa.Journal of Nanjing Agri-
cultural College , 1982 , 4:1～ 16.
陈佩度 ,刘大钧.普通小麦与簇毛麦杂种后代的细胞遗传学研
究.南京农学院学报 ,1982 , 4:1～ 16.
[ 3 ] 　Liu D J , Chen P D , Pei G Z , Wang Y N , Qiu B X , Wang S L.
Transfer of Haynaldia villsoa chromosome into Trit icum aest ivum .
In:Proc.7th International Wheat Genetics Symposium.Cambridge ,
U.K., 1988 , 355～ 361.
[ 4 ] 　Pei G Z , Chen P D , LiuD J.A cytogenetic analysis of some powdery
4期 陈全战等:利用离果山羊草 3C 染色体诱导簇毛麦 4V染色体结构变异 357　
mildew resistant strains of the hybrid progeny between wheat and H.
vi llosa .Journal of Nanjing Agricultural University , 1986, 9(1):1～
9.
裴广铮 ,陈佩度 ,刘大钧.小麦与簇毛麦杂种后代抗白粉病株
系的细胞遗传学分析.南京农业大学学报 , 1986 , 9(1):1～ 9.
[ 5 ] 　Chen P D , Qi L L , Zhou B, Zhang S L , Liu D J.Development and
molecular cytogenetic analysis of wheat-Hayna ldia vil losa 6VS/6AL
translocation lines specifying resistance to powdery mi ldew.Theor.
Appl.Genet., 1995 , 91:1125～ 1128.
[ 6 ] 　Murray T D , Delapena R C et al.A new source of resistance to
Pseudocercosporella berpotricboide , cause of eyespot disease of
wheat, locate on chromosome 4V of Dasypyrum vi llosum .Plant
Breeding , 1994 , 113:281～ 286.
[ 7 ] 　Ahmet Yildirim , Stephen S J , Timothy D M.Mapping a gene confer-
ring resistance to Pseudocercosporella herpotichoines on chromosome
4V of Dasypyrum villosum in a wheat background.Genome , 1998 ,
41:1～ 6.
[ 8 ] 　Endo T R.On the Aegi lops chromosomes having gametocidal action
on wheat.In:Proc.5th International Wheat Genet ics Symposium
New Delhi India , 1978 , 306～ 314.
[ 9 ] 　Tsujimoto H , Tsunewaki K.Gametocidal genes inwheat and its rela-
tives.Ⅱ.Suppressor of the chromosome 3C gametocidal gene of
Agrilops triuncialis .Can.J.Genet.Cytol., 1985, 27:178 ～
184.
[ 10] 　Endo T R.Induction of chromosomal structural changes by a chromo-
some of Aegilops cylindrica .Genet., 1990 , 65:135～ 152.
[ 11] 　Endo T R , Yamamoto M , Mukai Y.Structural changes of rye chro-
mosome 1R induced by a gemetocidal chromosome.Jpn.J.Genet.,
1994 , 69:13～ 19.
[ 12] 　Endo T R , Shi F , Tsvetkov K S.Genet ic induction of chromosomal
structural changes of alien chromosomes in commonwheat.In:Proc.
9th International Wheat Genetics Symposium Saskatoon , Canada:
1998 , 2:40～ 43.
[ 13] 　Chen P D , Sun W X , Liu W X , Yuan J H , Liu Z H , Wang S L ,
Liu D J.Development of Wheat- Leymus racemosus Translocation
Lines wi th Scab Resistance.In:Proc.9th International Wheat Ge-
netics Symposium Saskatoon , Canada:1998 , 2:32～ 34.
[ 14] 　Gill B S et al.Standard karyotype and nomenclature system for de-
script ion of chromosome bands and structural aberrations in wheat.
Genome , 1991 , 34:830～ 839.
[ 15 ] 　Chen P D , Zhou B, Qi L L , Liu D J. Ident if ication of
wheat- Haynaldia vi llosa amphiploid , addition , substitut ion and
translocation lines by in situ hybridization using biotin-labelled ge-
nomic DNA as a probe.Acta Genetica Sinica , 1995 , 22(5):380 ～
386.
陈佩度 ,周　波 ,齐莉莉 , 刘大钧.用分子原位杂交(GISH)鉴
定小麦-簇毛麦双倍体 、附加系 、代换系和易位系.遗传学报 ,
1995 , 22(5):380～ 386.
[ 16] 　Jiang J M , Gill B S.Sequential chromosome banding and in situ hy-
bridization analysis.Genome , 1993 , 36:792～ 795.
图　版　说　明
1:普通小麦-簇毛麦 4V(4D)代换系根尖细胞染色体 C-分带(2n=42 ,箭头示 4V染色体);2:农林 26-离果山羊草 3C二体异附加系根尖细胞染色
体 C-分带(2n=44 ,箭头示 3C染色体);3:A412-5-4根尖细胞染色体 C-分带(2n=41 ,箭头示 4VL·4VL等臂染色体);4:A47-10-3-3根尖细胞染色
体 C-分带(2n=40+2t ,箭头示 3AS·4VL易位染色体);5:经染色体 C-分带的:a.正常 4V 染色体 , b.4VS·4VS等臂染色体 , c.4VS·4DL 易位染色
体 , d.4VS端着丝粒染色体 , e.4VL端着丝粒染色体 , f.1BL·1BL等臂染色体;6:用簇毛麦核基因组 DNA 做探针 ,普通小麦核基因组 DNA 做封阻 ,
A47-10-3-3根尖细胞染色体的荧光原位杂交(普通小麦染色体呈红色 ,簇毛麦染色体片段呈绿色)
Explanation of Plate
1:RTC chromosome C-banding of T.aestivum-H.vi llosa 4V(4D)substitution line(2n=42 , arrows denoted chromosome 4V).2:RTC chromosome C-banding of
Norin26- Aegi lops triuncia lis 3C addition line(2n=44 , arrows denoted chromosome 3C).3:RTC chromosome C-banding of A412-5-4(2n=41 , arrows denoted
isochromosome 4VL·4VL).4:RTC chromosome C-banding of A47-10-3-3(2n=40+2t , arrows denoted t ranslocated chromosome 3AS·4VL).5:C-banded chro-
mosome:a.normal chromosome 4V;b.isochromosome 4VS·4VS;c.translocated chromosome 4VS·4DL;d.telocenteric chromosome 4VS;e.telocenteric chro-
mosome 4VL;f.isochromosome 1BL·1BL;6:FISH on A 47-10-3-3(wheat chromosomes display red colour , Haynaldia villosa chromosome segments
show green colour)
(责任编辑:张艳)
358　 遗　　传　　学　　报 29卷