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2008 年 第 53 卷 第 20 期: 2493 ~ 2499


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《中国科学》杂志社
SCIENCE IN CHINA PRESS 论 文
抗赤霉病普通小麦-大赖草端二体代换系 7Lr#1S(7A)的
选育及减数分裂行为分析
王林生①②, 陈佩度①*
① 南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室, 细胞遗传研究所, 南京 210095;
② 河南科技大学农学院, 洛阳 471003
* 联系人, E-mail: pdchen@njau.edu.cn
2008-03-05收稿, 2008-07-03接受
国家高技术研究发展计划 (批准号 : 2006AA10Z1F6)、江苏省自然科学基金 (批准号 : BK2006720)、江苏省高技术研究计划 (批准号 :
BG2005310)和高等学校创新引智计划(批准号: B08025)资助项目

摘要 大赖草对赤霉病具有较好的抗性, 将大赖草赤霉病抗性基因转入普通小麦, 对拓宽
小麦赤霉病抗性基础有重要意义. 本研究在获得抗赤霉病普通小麦-大赖草异附加系基础
上, 采用 1200 R 60Co-γ射线处理小麦-大赖草单体附加系MA7Lr花粉, 授予已去雄的绵阳
85-45. 经分子细胞学鉴定, 从M1中得到了大赖草 7Lr#1S端体植株, 从其自交后代中选育
出一对 7Lr#1S 端着丝粒染色体代换了 1 对 7A 染色体的端二体代换系. 筛选出共显性
EST-SSR 分子标记-CINAU31. 对该代换系花粉母细胞减数分裂期染色体进行分子原位杂
交和染色体配对分析, MⅠ的染色体构型为 17.50 II W+2.19 OII W+0.42 OII 7Lr#1S+1.08Ⅰ7Lr#1S +
0.69ⅠW, 2条端着丝粒染色体在MⅠ配成二价体的花粉母细胞 PMC占观察总数的 59.7%.
在后期Ⅰ和末期Ⅰ端着丝粒染色体 7Lr#1S 常出现特殊的染色体行为, 可观察到 2 条端着
丝粒染色体移向一极、端着丝粒染色体落后、端着丝粒染色体的姊妹染色单体提前分离等
方式, 从而产生了 3 种不同类型的四分体, 且在一些四分体中有数目不等的微核出现. 但
由于端二体代换系产生的 7Lr#1S 雌雄配子有较高的传递率, 保证了该端二体代换系较好
的遗传稳定性, 其自交后代中 84%的植株为端二体代换. 两年大田、温室赤霉病接种鉴定,
对赤霉病表现出较高的抗性, 表明该端着丝粒染色体携有赤霉病抗性的主效基因. 因此,
端二体代换系可作为外源基因定位、功能分析、端体细胞学行为研究的良好材料, 同时也
可作为进一步创造小片段易位的重要资源.
关键词
普通小麦
大赖草
端体代换系
减数分裂行为分析
赤霉病抗性


赤霉病是温暖湿润麦区的一种灾害性病害, 随
着全球气候变暖和少免耕栽培方式的扩大应用, 赤
霉病为害有扩展和加重趋势 . 培育和利用赤霉病抗
性品种是一种经济有效的策略 . 在很长一段时期抗
赤霉病育种使用的抗源局限于苏麦 3号、Frontana等
少数品种及其衍生系. 因此, 拓宽赤霉病抗性遗传基
础 , 导入新的抗性基因成为当务之急 . 大赖草
(Leymus racemosus, 2n = 4x = 28)是一种与小麦亲缘
关系较远的多年生植物, 具有耐盐、抗旱、抗多种病
害等多种优良特性[1,2], 从中亚到东欧都有广泛分布.
大赖草高抗小麦赤霉病, 作为小麦赤霉病的一种新
抗源, 愈来愈引起人们的重视.
陈佩度等人[3]选育出多个普通小麦-大赖草附加
系, 并从中鉴定出 3 个高抗赤霉病的普通小麦-大赖
草附加系(AdLr.2, AdLr.7和 AdLr.14). Qi等人[4]利用
RFLP分析认为, Lr.2和 Lr.14分别与小麦的第 7和第



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5 部分同源群有关. 孙文献等人[5]获得了 2 个普通小
麦-大赖草端二体附加系 95G09 和 95G11, 并对其赤
霉病抗性进行了分析; Kishii等人[6]也得到了 10个普
通小麦 -大赖草附加系 , 并对其应用价值和大赖草
J(7Lr)染色体的配子传递进行了初步分析. 但大赖草
7Lr#1S端二体代换系的选育与研究尚未见报道.
本文报道了普通小麦-大赖草端二体代换系的选
育和鉴定 , 并对端二体代换系中外源端着丝粒染色
体在减数分裂中的细胞学行为及端二体代换系在小
麦改良和遗传研究中的应用加以分析和讨论.
1 材料与方法
(ⅰ) 植物材料. 抗赤霉病普通小麦-大赖草单体
附加系 MA7Lr 由南京农业大学细胞遗传研究所选育,
感赤霉病品种绵阳 85-45 引自四川省绵阳地区农业科
学研究所.
(ⅱ) 辐射处理. 用 60Co-γ射线处理刚开花的小
麦-大赖草单体附加系MA7Lr的穗子, 辐射剂量 1200
R (1 R = 2.58×104 C/kg), 剂量率 100 R/min. 在辐射
后 2 d内采集经辐射处理过的穗子上的新鲜花粉, 授
予已去雄套袋的绵阳 85-45. 辐射处理在江苏省农业
科学院原子能利用研究所进行.
(ⅲ) 细胞学分析. 染色体 C-分带参照 Gill 等
人[7]的方法. 花粉母细胞制片参照 Chen 等人[8]的方
法 . 以荧光素(fluorescein-12-dUTP)标记的大赖草基
因组 DNA 为探针, 探针的标记采用缺刻平移法. 杂
交程序参照 Zhang 等人[9]的方法. 染色体用碘化丙啶
(propidium idodide, PI)染色显示背景, 并用 Vectashield
胶黏合盖片. 杂交信号在 BX60 荧光显微镜蓝色激
发光 (450~490 nm)下观察 , GISH 图像通过 SPOT
CCD (charge coupled device)获取.
(ⅳ) 分子标记鉴定 . 植物 DNA 的提取参照
Edwards等人[10]的方法. 引物合成根据陈海梅等人[11]
和陈军方等人[12]报道的第 7 部分同源群的 EST-SSR
引物序列合成引物. 引物由上海英俊公司合成. PCR
反应在 GeneAmp 2700 PCR扩增仪上进行, 20 µL总
反应体系中含 2.0 µL 10×缓冲液(10 mmol/L Tris-
HCl, 50 mmol/L KCl), 1.6 µL MgCl2 (2.5 mmol/L), 1.6
µL dNTP (1.5 mmol/L), 0.4 µL 引物 (10 µmol/L),
50~100 ng模板 DNA, 1.5 U Tag酶. PCR反应条件为:
95℃预变性5 min; 94℃变性30 s, 61℃退火45 s, 72℃延
伸 1 min, 32个循环; 最后 72℃延伸 10 min, 4℃保存.
反应结束后, 在扩增产物中加入 2 µL加样缓冲液(6×
缓冲液: 0.25%溴酚蓝, 0.25%二甲苯青, 40%蔗糖), 在
浓度为 8%的非变性连续聚丙烯酰胺凝胶(Acr:bis =
39:1)上恒压 180 V 电泳 1.5 h 左右, 缓冲体系为
1×TBE, 银染, 照相.
2 结果与分析
2.1 端二体代换系的选育
利用辐射处理的小麦-大赖草单体附加系 MA7Lr
的花粉, 授予已去雄的感病品种绵阳 85-45. 得到 66
粒 M1种子, 其中 57粒可发芽成苗, 经根尖细胞有丝
分裂中期染色体 C-分带, 从中检测出 9株均含 1条有
较强端带的端着丝粒染色体的单株 , 以大赖草基因
组 DNA 作探针进行荧光原位杂交, 显示该端着丝粒
染色体来自大赖草, 其端部有很强的荧光杂交信号,
结合 C-分带结果, 推断该端着丝粒染色体是大赖草
7Lr 短臂产生的, 表示为 7Lr#1S. 把鉴定过的端体材
料种于赤霉病鉴定圃, 开花初期赤霉菌接种, 接种结
果, 端体的病小穗率为 2.50%, 绵阳 85-45为 37.64%,
苏麦 3号为 1.76%, 端体表现出了较高的赤霉病抗性.
从其中 1株抗病端体植株上收获了 16粒种子, 对
这 16株M2植株进行染色体 C-分带和 GISH鉴定: 2株
染色体数 2n = 40 + t″, 为端二体代换(图 1); 2株 2n = 42
+ t″, 为端二体附加; 6株 2n = 42 + t′, 为单端体附加; 3
株2n = 41 + t′, 为单端体代换; 3株无7Lr#1S. 赤霉病抗
性鉴定结果表明(表 1), 含有 7Lr#1S的端体植株的赤霉
病抗性虽不及苏麦 3号, 但明显高于绵阳 85-45.

图 1 端二体代换系(7Lr#1S)有丝分裂中期染色体的顺次
C-分带(a)和 GISH (b)
图中箭头所指为端着丝粒染色体 7Lr#1S

2.2 端二体代换系的分子鉴定
根据陈海梅等人[11]和陈军方等人[12]报道的小麦
第 7部分同源群的 EST-SSR引物序列, 合成了 16对
引物, 分别进行 PCR扩增, 筛选出 1对在中国春、大
赖草之间表现明显多态的引物 (图 2 ) , 命名为




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论 文
表 1 M2植株赤霉病抗性鉴定
端二体代换 端二体附加 单端体附加 单端体代换 无 7Lr#1S 绵阳 85-45 苏麦 3号
鉴定植株数 2 2 6 3 3 30 30
病小穗率(%) 2.38 2.76 4.23 4.76 28.57 34.50 1.58

图 2 EST-SSR标记 CINAU31扩增结果
1和 11为 Marker; 2, C.S; 3, N7AT7B; 4, N7BT7A; 5, N7DT7A; 6, Tel7AS; 7, Tel7AL; 8, L. racemosus; 9, DA7Lr#1; 10, DTS7Lr#1S

CINAU31, 左引物为 5′-CTGGAAGACCAAGGAGG-
3′, 右引物为 5′-GGAAACTGGGAGGGCAAT-3′. 经
小麦缺体四体分析, 在 7A 和 7B 上分别扩增出 220
和 194 bp的条带, 而在大赖草上扩增出约 240和 250
bp两条特异的条带. 进一步用小麦 7AS和 7AL端体
分析发现 , 中国春 220 bp 的拷贝定位于 7AS. 用
CINAU31引物对大赖草二体附加系 DA7Lr和端二体
代换系进行 PCR分析, DA7Lr扩增出 2条与中国春相
同的带(7A 和 7B)和 1 条大赖草约 240 bp 的特异带,
说明 240 bp带来自大赖草 7Lr, 而端二体代换系扩增
出 1条 7B 的条带和 1 条 7Lr 的条带, 却缺少了 7AS
的条带, 结合分子细胞遗传学分析, 表明此端二体代
换系为大赖草 7Lr短臂的 1对端着丝粒染色体代换了
1对 7A染色体, 表示为 DTS7Lr#1S(7A).
2.3 端二体代换系 7Lr#1S(7A)的减数分裂行为分析
对端二体代换系花粉母细胞减数分裂行为进行
GISH 分析发现, 在小麦背景中 2 条大赖草端着丝粒
染色体 7Lr#1S, 除偶线期大多联会成二价体(图 3(a))
外, 其余各时期均出现特殊的染色体行为(表 2, 图 3).
粗线期 -双线期和中期Ⅰ分别有 67.1%和 59.7%的
PMC 的 7Lr#1S 联会成二价体, 在 32.9%和 40.3%的
PMC 中以单价体形式存在; 后期Ⅰ和末期Ⅰ7Lr#1S
常出现特殊的染色体行为, 可观察到 2条端着丝粒染
色体移向一极、端着丝粒染色体落后、端着丝粒染色
体的姊妹染色单体提前分离等方式.
(ⅰ) 粗线期-双线期 7Lr#1S 染色体行为. 粗线
期-双线期是减数分裂的重要时期, 此期稳定的二价
体联会是确保同源染色体交换、重组和分离的关键.
粗线期普通小麦同源染色体均联会成二价体 , 到双
线期二价体可看到 1 个以上的交叉 ; 大赖草 2 条
7Lr#1S 在粗线期表现多种联会形式, 以二价体联会
为主(图 3(b)), 也存在不联会的单价体(图 3(c)), 还发
现了 7Lr#1S 二价体的不完全联会; 在双线期也观察
到 7Lr#1S的多种联会方式. 图 3(d)中 7Lr#1S 二价体
联会较紧密 ; 有的可明显观察到交叉 , 也观察到了
7Lr#1S 二价体着丝粒的提前解离. 图 3(e)中 7Lr#1S
二价体已成棒状, 图 3(f)中 2 条 7Lr#1S 成为单价体.
双线期端着丝粒染色体多样化的联会方式 , 使中期
Ⅰ和后期Ⅰ的多样性排列和分离成为可能.
(ⅱ) 中期Ⅰ7Lr#1S 染色体行为. 中期Ⅰ是观察
染色体构型的关键时期. 分析表明, 端二体代换系中期
Ⅰ染色体构型为 17.50 II W + 2.19 OII W + 0.42 OII 7Lr#1S +
1.08Ⅰ7Lr#1S + 0.69ⅠW; 染色体构型中的 17.50个环状
二价体均来自普通小麦; 棒状二价体中, 小麦 2.19 个,
大赖草 7Lr#1S 0.42个; 单价体中, 大赖草 7Lr#1S为
1.08个, 小麦单价体为 0.69个. GISH分析发现, 2条
7Lr#1S在 MⅠ配成二价体的 PMC占观察 PMC总数
的 59.7%, 以单价体存在的 PMC占 40.3%, 2条单价
的 7Lr#1S 随机排列在赤道板的一侧(图 3(h))或两侧
(3(i)), 从而导致后期Ⅰ染色体的多样性分离.
(ⅲ) 后期Ⅰ7Lr#1S染色体行为. 在后期Ⅰ观察
到大赖草端着丝粒染色体有多种分离形式, 可归纳
为 3 种, 即以 7Lr#1S 单价体分离、7Lr#1S 单价体
-7Lr#1S 姊妹染色单体分离和 7Lr#1S 姊妹染色单体
分离. 单价体分离(Ⅰ7Lr#1S/Ⅰ7Lr#1S)是后期Ⅰ分离的主
要形式(图 3(j)), 占 52.9%(表 2), 但常发现分离滞后
现象(图 3(k)), 也发现了 2条单价体 7Lr#1S移向同一
极的特殊现象 (图 3(l)) , 同时还观察到其中 1 条
7Lr#1S或者 2条 7Lr#1S着丝点已发生解离但姊妹染
色单体还没分离的现象. 图 3(m)中的 2 条 7Lr#1S 姊



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表 2 7Lr#1S端着丝粒染色体减数分裂行为 a)
粗线-双线期 中期Ⅰ 后期Ⅰ 末期Ⅰ 四分体 b)
Ⅱ7Lr#1S Ⅰ7Lr#1S Ⅱ7Lr#1S Ⅰ7Lr#1S Ⅰ7Lr#1S/Ⅰ7Lr#1S scsc) Ⅰ7Lr#1S/Ⅰ7Lr#1S scs A B C
PMC 159 78 86 58 54 48 84 78 96 8 10
百分数(%) 67.1 32.9 59.7 40.3 52.9 47.1 51.9 48.1 84.2 7.0 8.8
a) 表中 PMC 表示花粉母细胞, Ⅱ7Lr#1S表示 2 条 7Lr#1S 联会成二价体, Ⅰ7Lr#1S表示 2 条不联会的 7Lr#1S, Ⅰ7Lr#1S/Ⅰ7Lr#1S表示后期Ⅰ二
价体均衡分离; b) A, B, C分别表示 3种四分体类型. A, 四分体的 4个子细胞均含有 1条 7Lr#1S; B, 2个子细胞各有 2条 7Lr#1S, 其余 2个不含
7Lr#1S; C, 2个子细胞各有 1条 7Lr#1S, 1个子细胞含有 2条 7Lr#1S, 另 1个子细胞不含 7Lr#1S; c) scs表示端着丝粒姊妹染色单体解离


图 3 DTS7Lr#1S中 7Lr#1S减数分裂行为及单核花粉粒 GISH分析
(a) 偶线期联会的Ⅱ7Lr#1S; (b) 粗线期联会的Ⅱ7Lr#1S; (c) 粗线期 2条不联会的Ⅰ7Lr#1S; (d) 双线期联会的Ⅱ7Lr#1S; (e) 双线期棒状Ⅱ7Lr#1S; (f)
双线期 2 条不联会的Ⅰ7Lr#1S; (g) 中期Ⅰ棒状Ⅱ7Lr#1S; (h) 中期Ⅰ2 条Ⅰ7Lr#1S在赤道板一侧; (i) 中期Ⅰ2条Ⅰ7Lr#1S在赤道板两侧; (j) 后期
Ⅰ2 条Ⅰ7Lr#1S正常移向两极; (k) 后期Ⅰ2条Ⅰ7Lr#1S滞后分离; (l) 后期Ⅰ2 条Ⅰ7Lr#1S移向一极; (m) 后期Ⅰ2条Ⅰ7Lr#1S姊妹染色单体已移
向两极; (n) 后期Ⅰ1条Ⅰ7Lr#1S与 1 条已分离的姊妹染色单体移向一极. (o)~(t) 末期ⅠⅡ7Lr#1S的不同分离形式: (o) 2条Ⅰ7Lr#1S正常移向
两极; (r) 1条Ⅰ7Lr#1S与 1条已分离的姊妹染色单体移向一极; (p), (q), (s)和(t) 2 条Ⅰ7Lr#1S姊妹染色单体不同的分离形式. (u) 四分体的 4
个子细胞均含 1条 7Lr#1S; (v) 四分体中 2个子细胞含 2条 7Lr#1S, 另 2个子细胞不含 7Lr#1S; (w) 四分体中, 1个子细胞含 2条 7Lr#1S,
2个子细胞各含 1条 7Lr#1S, 还有 1个子细胞不含 7Lr#1S; (x) 表示 3种不同的单核花粉粒 t″, t′和 0t




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论 文
妹染色单体已完全分离 , 分别移向细胞的两极 ; 图
3(n)中的 2 条 7Lr#1S, 其中 1 条 7Lr#1S 的 2 条姊妹
染色单体已完全分离, 与另 1 条 7Lr#1S 一道移向细
胞的同一极, 形成了 7Lr#1S单价体-7Lr#1S姊妹染色
单体的分离形式.
(ⅳ) 末期Ⅰ7Lr#1S染色体行为. 末期Ⅰ端着丝
粒染色体分离行为的多样性更加突出 . 除正常的
7Lr#1S单价体形式分离外(图 3(o)), 与后期Ⅰ一样表
现为 7Lr#1S 单价体-7Lr#1S 姊妹染色单体和 7Lr#1S
姊妹染色单体分离 (图 3(p)~(t)). 图 3(p)和 (q)中的
7Lr#1S 姊妹染色单体尽管与普通小麦染色体一样到
达两极, 但到达两极后染色体的存在状态明显不同,
普通小麦染色体已解螺旋, 而 7Lr#1S 仍看到染色体
的具体形态 , 染色体解螺旋显著滞后 . 图 3(r)中的
7Lr#1S 表现为 7Lr#1S 单价体-7Lr#1S 姊妹染色单体
分离. 7Lr#1S姊妹染色单体分离形式各异(图 3(s)和(t)),
主要表现在 7Lr#1S姊妹染色单体到达两极的运动状态
多样化, 呈现出明显的时空连续性. 末期Ⅰ7Lr#1S姊
妹染色单体的提前分离、分离的滞后成为产生多种四
分体和微核的主要原因.
(ⅴ) 四分体及单核花粉粒的形成. GISH 分析发
现, 依据四分体子细胞含有 7Lr#1S 数目的多少, 把端
二体代换系产生的四分体类型分为 3 种, 分别表示为
A, B, C. A型四分体的 4个子细胞均含有 1条 7Lr#1S(图
3(u)); B型4个子细胞中2个子细胞各有2条7Lr#1S, 另
2 个子细胞不含 7Lr#1S(图 3(v)); C 型 4 个子细胞中 2
个子细胞各有 1条 7Lr#1S, 1个子细胞含有 2条 7Lr#1S,
另 1个子细胞不含 7Lr#1S(图 3(w)). 统计分析表明, A,
B, C 3 种四分体所占比例分别为 84.2%, 7.0%和 8.8%
(表 2). 同时在四分体中还发现有多种类型的微核出现,
含有 1个微核的四分体占 19.3%, 含有 2个微核的四分
体占 12.3%, 多于3个微核的四分体占5.3%. 微核中既
有小麦染色体形成的(图 3(u)), 也有 7Lr#1S 形成的(图
3(w)), 也有二者共同形成的.
四分体经过胼胝质酶的作用, 胼胝质被分解, 4
个子细胞从四分体中释放出来 , 进而形成单核花粉
粒. 依据含有 7Lr#1S数目差异, 单核花粉粒可分成 3
种类型, 即含有 1 条、2 条和没有端着丝粒染色体 3
种(图 3(x)). GISH分析 154个单核花粉粒, 三者的比
例分别为 79.2%, 7.2%和 13.6%.
(ⅵ) 二体代换系的遗传稳定性分析. 端二体代换
系遗传稳定性分析发现, 以端二体代换系作母本与中
国春杂交, 后代出现2种植株类型, 含有7Lr#1S的单端
体植株(t′)和不含 7Lr#1S 的植株(0t), 二者比例分别为
91.4%和 8.6%(表 3); 以端二体代换系作父本与中国春
杂交, 后代出现单端体(t′)和端二体(t″)两种类型, 二者
比例分别为 82.9%和 17.1%, 后者表明产生了未减数的
7Lr#1S 单核花粉粒, 没有发现不含 7Lr#1S 的类型; 端
二体代换系自交后代仅出现端二体(t″)代换和单端体
(40 + t′)2种类型, 二者比例分别为 84.0%和 16.0%, 并
没有发现端三体代换和缺体(7A)等类型, 说明端二体
代换系具有较好的遗传稳定性.
表 3 遗传稳定性分析
后代类型比例(%) 材料 传递方式 观察植株数
t′ t″ 0t
40 + t″ × CS 雌配子 35 91.4 0.0 8.6
CS × 40 + t″ 雄配子 35 82.9 17.1 0.0
40 + t″ 自交 50 16.0 84.0 0.0

3 讨论
自 Sears[13]采用 X射线诱导获得抗叶锈病的普通
小麦-小伞山羊草易位系以来, 通过电离辐射已获得
了许多携带外源有益基因的小麦新种质 [14~20], 证明
了电离辐射是诱发染色体结构变异 , 尤其是创造染
色体易位常用而有效的方法.
Pienaar 和 van Niekerk[21]认为, 采用 1000~1500
R剂量 60Co-γ射线处理小麦花粉可有效诱导染色体结
构变异. 本研究采用 1200 R剂量诱导小麦-大赖草附
加系花粉, 后代具有较高的成苗率(86.4%)和染色体
结构变异率, 是比较适宜的花粉辐射剂量. 辐射的 57
株后代中除产生 9株大赖草端体外, 还获得了 6株小
麦-大赖草易位, 外源染色体结构变异率达 26.3%. 从
16株单端体后代中, 除发现 2株端二体代换系外, 还
得到了 2株端二体附加系, 9株单端体(包括单端体附
加和单端体代换)和 3株无外源端体植株.
Sears[22,23]育成的 42个小麦端体具有广泛的应用
价值 , 主要用于非整倍体的鉴定 , 基因的定位和作
图 [24]. 利用小麦-外源端体创造小片段易位, 减少外
源冗余基因 , 已成为行之有效的方法 . Sears[25]采用
Agropyron elongatun端体 3AgL结合 ph1b和缺体 5B-
四体 5D获得了携带抗叶锈基因 Lr24的易位植株. 本
研究创造的小麦 -大赖草端二体附加系和代换系



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7Lr#1S, 经两年大田、温室鉴定, 表现出较高的赤霉
病抗性, 因此, 二者可作为进一步创造携带赤霉病抗
性基因小片段易位系的重要材料. 目前该项工作正
在进行.
EST-SSR 侧翼序列作为基因的一部分在物种之间
高度保守. EST-SSR引物在物种之间具有较高的通用性,
有助于在亲缘关系较远的物种间进行比较作图和同源
基因的克隆. Gupta等人[26]采用 78对小麦 EST-SSR引
物, 对大麦基因组进行扩增, 发现有 55.12%的引物具
有通用性. Gao 等人[27]采用 478 对 EST-SSR 引物对水
稻、玉米、大豆等作物进行了扩增, 有 255对引物表现
出了高度的通用性. 我们根据陈海梅等人[11]和陈军方
等人[12]报道的小麦第 7部分同源群的 EST-SSR引物序
列筛选出的 CINAU31 标记, 可有效鉴别中国春、大赖
草、大赖草附加系 7Lr、端二体代换系及涉及该外源片
段的易位系, 因此是一个较好的共显性标记. 进一步用
缺体-四体、端体定位, 该标记定位于 7B和 7AS上; 且
证明了端二体代换系代换了 7A, 说明大赖草 7Lr与 7A
较近的亲缘关系, 这与Qi等人[4]对大赖草第7部分同源
群染色体的鉴定结果一致, 也给葛荣朝等人[28]根据 C
分带结果推测的多枝赖草染色体与小麦的 A及 D组染
色体在遗传进化上可能有更为密切的亲缘关系提供了
有力的分子证据.
同源染色体配对对于减数分裂期同源染色体重
组和染色体的正确分离尤为重要. Burnham等人[29]对
减数分裂同源染色体配对进行的细胞学、遗传学和电
子显微镜分析表明, 联会在染色体末端附近频繁启
始. Ding等人[30]研究认为, 减数分裂前期染色体端粒
的凝集可促进同源染色体配对 , 端粒凝集的缺乏可
减少染色体臂区域联会的频率 . 本研究获得的端二
体代换系, 是由大赖草的 1对端着丝粒染色体 7Lr#1S
代换了小麦的 1对 7A形成, 缺少了 7Lr整个长臂, 因
而对端粒的凝集造成一定程度的影响 , 从而降低了
端着丝粒染色体的联会频率和程度 ; 另外缺失的小
麦遗传背景也可能影响端着丝粒染色体的稳定联会.
因而在粗线期就看到了约 1/3 的 PMC 中 2 条端着丝
粒染色体以单价体形式存在 , 即使联会成二价体也
没有普通小麦的二价体稳定, 所以到了中期Ⅰ单价体
的比例有所升高. 单价 7Lr#1S 与纺锤体微管不同的结
合方式, 形成了后期Ⅰ末期Ⅰ单价 7Lr#1S 提前解离的
多样化分离方式, 且大多表现出明显的滞后分离, 同时
也发现由于 2条 7Lr#1S代换了 1对 7A, 后期Ⅰ小麦染
色体也出现了滞后分离. 赵茂林等人[31]在观察小麦-多
枝赖草单体异附加系和李瑞芬等人[32]在观察小麦-簇毛
麦单体异附加系外源染色体减数分裂行为时, 也发现
外源单价体后期Ⅰ的提前解离现象.
末期Ⅰ7Lr#1S 的多样化分离方式, 形成了 3 种
不同类型的四分体和多种微核类型, 进一步形成 3种
单核花粉粒, 且出现了含有 2 条未减数的 7Lr#1S 花
粉粒(图 3(x)), 这已被花粉 GISH 分析和测交同时证
实(表 3), 主要是由末期Ⅰ7Lr#1S 单价体-7Lr#1S 姊
妹染色单体和 7Lr#1S 姊妹染色单体分离所致. 端二
体代换系遗传稳定性分析表明, 7Lr#1S 通过雌配子
的传递率高达 91.4%, 因此, 7Lr#1S可通过雌配子稳
定传递; 虽然端二体代换系 PMC中 2条 7Lr#1S在减
数分裂中具有特殊的细胞学行为 , 尤其是末期Ⅰ表
现多种分离方式, 但形成的 3种花粉粒中, 20 + t′花粉
比例最高, 达 79.2%; 20 + 0t花粉比例低(占 13.6%),
且在授粉过程中很难竞争过 20 + t′的花粉; 20 + t″花
粉比例最低, 占 7.2%, 其在授粉过程中的竞争力也
不如 20 + t′花粉强, 从而保证了 7Lr#1S花粉较高的
传递率, 因此, 该端二体代换系具有较高的遗传稳定
性, 自交后代端二体代换植株占 84.0%. 正因为 20 +
0t 花粉授粉过程中的竞争力弱, 自交后代中很少发
现缺体植株. 自交后代没发现端三体植株, 其主要原
因是含 2 条 7Lr#1S 的花粉自交授粉时, 有可能表现
拮抗作用, 从而限制了外源端着丝粒染色体在后代
的积累.
端二体代换系中外源端着丝粒染色体特殊的减
数分裂行为 , 为端着丝粒染色体的进一步细胞学研
究提供了良好的平台 , 较高的遗传稳定性为端体的
遗传学、功能性研究提供了可靠保证, 因此, 端二体
代换系是一个比较理想的细胞学和遗传学研究材料,
也可作为进一步创造小片段易位的重要资源.
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