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普通小麦-长穗偃麦草异附加系的分子标记鉴定



全 文 :西北农业学报 2014,23(10):55-59
Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica  doi:10.7606/j.issn.1004-1389.2014.10.010
网络出版日期:2014-10-21
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/doi/10.7606/j.issn.1004-1389.2014.10.010.html
普通小麦-长穗偃麦草异附加系的分子标记鉴定
收稿日期:2014-02-23  修回日期:2014-04-10
基金项目:河南省科技攻关项目(132102110031);河南省重大科技专项(111100110100)。
第一作者:宋 杰,女,在读硕士研究生,研究方向为小麦细胞遗传育种。E-mail:songjielove@yeah.net
通信作者:茹振钢,男,教授,硕士生导师,主要从事小麦遗传育种研究。
宋 杰,李小军,郎艳民,任翠翠,茹振钢
(河南科技学院小麦中心/河南省高校作物分子育种重点开放实验室,河南新乡 453003)
摘 要 利用分布于小麦7个部分同源群的1 246对引物对15个可能的小麦-长穗偃麦草二体异附加系的
4个亲本的基因组DNA进行扩增。结果表明,186对SSR、209对EST-SSR和22对STS引物能够在长穗偃
麦草中扩增出不同于其他3个小麦亲本的特异条带,其中18对引物可以在14个附加系中的1~7个附加系
扩增出长穗偃麦草的特异带,说明它们可能添加长穗偃麦草的遗传物质。5个附加系(1-3、1-8、1-27、2-6和
2-22)可能含有长穗偃麦草第7同源群染色体,4个附加系(5-10、5-20、6-23和6-18)可能含有长穗偃麦草第6
同源群染色体。附加系1-13可能附加2条不同同源群的长穗偃麦草染色体。同时发现,小麦与长穗偃麦草
杂交及其后代衍生过程中长穗偃麦草染色体间可能发生遗传重组。
关键词 小麦;长穗偃麦草;异附加系;同源群;分子标记
中图分类号 S512.1   文献标志码 A     文章编号 1004-1389(2014)10-0055-05
Analysis of Wheat-ThinopyrumponticumAddition
Lines Using Molecular Markers
SONG Jie,LI Xiaojun,LANG Yanmin,REN Cuicui and RU Zhengang
(Center of Wheat Breeding/Henan Key Discipline Open Laboratory on Crop Molecular Breeding,
Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang Henan 453003,China)
Abstract  One thousand two hundred and forty-six primer pairs located in 7homoeologous groups of
wheat were used to determine 15possible wheat-Thinopyrum ponticumaddition lines of 4parents by
means of the genomic DNA amplification.The results showed that 186SSR,209EST-SSR and 22
STS primer pairs could amplify specific bands which distinguish T.ponticumfrom the other 3wheat
parents.Of these selected markers,18primer pairs could amplify 1-7specific bands of T.ponticum
in 14addition lines,indicating that they might contain chromatin from T.ponticum.5addition lines
(1-3,1-8,1-27,2-6and 2-22)might have the seventh homology group of T.ponticum,4lines(5-10,
5-20,6-23and 6-18)might be derived from the sixth homology group of T.ponticum,and the addi-
tion line 1-13might comprise two different homology groups chromosomes of T.ponticum.Our re-
sults also found that rearrangements occurred among different chromosomes of T.ponticum.
Key words Triticum aestivumL;Thinopyrum ponticum;Addition line;Molecular marker
  随着现代农业育种和耕作制度的进步,栽培
小麦种内遗传变异急剧减少,种质资源日益匮
乏,已成为当前小麦育种的主要障碍[1]。小麦近
缘种属具有丰富的优异基因,是现代小麦遗传改
良的巨大基因库,通过远缘杂交和染色体工程技
术将小麦近缘种的外源染色体转移至普通小麦,
是利用外源有益基因改良普通小麦的有效手段,
对解决小麦品种遗传基础狭窄,提高小麦产量,增
强其抗性和适应性有重要意义[2-4]。
长穗偃麦草(Thinopyrum ponticum),是小
麦遗传改良中应用较为广泛的近缘野生种之一,
具有大穗多花、籽粒蛋白含量高、适应性和繁殖力
强等优良性状,其基因组中蕴含着丰富的抗病、抗
寒、抗旱、耐盐碱等对小麦改良极为有用的基
因[5-8]。在自然界中,长穗偃麦草有二倍体、四倍
体 和 十 倍 体 3 种 不 同 的 倍 性 类 型[9-10]。
Dvorak[11]育成了中国春-二倍体长穗偃麦草双二
倍体、一套二体异附加系和一套二体异代换系。
Fu等[12]对中国春-二倍体长穗偃麦草附加系、
代换系和易位系进行分子细胞遗传学鉴定,发现
携带有长穗偃麦草7E染色体的这些材料对小麦
赤霉病高抗,且这个新型抗病基因定位于7E染
色体的短臂。十倍体长穗偃麦草在生产实际中应
用最为广泛。十倍体长穗偃麦草后代育成的小偃
6号在陕西等地大面积推广20多年,已成为中国
优质小麦育种的骨干亲本[13]。高分子量麦谷蛋
白亚基(HMW-GS)与普通小麦的加工品质密切
相关,但是小麦品种只含有有限数量的优质
HMW-GS,然而,小麦-长穗偃麦草渐渗系中有
大量 HMW-GS 等 位 基 因 可 以 利 用[14]。Liu
等[15]从十倍体长穗偃麦草中克隆和鉴定出来11
个新的 HMW-GS等位基因,可用于改良小麦加
工品质。郝薇薇等[16]从普通小麦与十倍体长穗
偃麦草后代中获得对条锈病具有广谱抗性且具有
14+15优质亚基的新种质。目前,十倍体长穗偃
麦草的染色体组构成尚不清楚,人们所利用的只
是其部分染体片段或基因,还有很多优异基因或
已知基因的优异等位基因以待挖掘。此外,利用
不同来源的长穗偃麦草和不同的小麦亲本杂交,
可以创制出不同的材料。所以,筛选和鉴定小麦
-长穗偃麦草衍生材料,进一步将长穗偃麦草的
优异基因向小麦转移仍具有重要意义。
本研究利用SSR、EST-SSR和STS分子标
记对初步选育出的15个普通小麦-十倍体长穗
偃麦草二体异附加系进行鉴定,明确添加的外源
染色体的部分同源群归属。
1 材料与方法
1.1 材 料
所用材料包括从澳大利亚引进的十倍体长穗
偃麦草(2n=10x=70),15个2n=44的小麦—长
穗偃麦草衍生系,系从长穗偃麦草/兰考矮早八//
Cp02-3-5-5///YN001的衍生后代中筛选。其中
兰考矮早八、Cp02-3-5-5和YN001是普通小麦品
种(系)。
1.2 分子标记分析
1.2.1 引物选择 选用分布于小麦7个部分同
源群的1 246对引物,包括720对 SSR(Xcfa、
Xcfd、Xbarc、Xwmc、Xgdm 和 Xgwm),491 对
EST-SSR(Xcfe、Swes和 Xcwem)和35对STS
(Xmag)引物。其中Swes引物信息来自潘海涛
等[17]的报道,其他引物信息见网站 http://
wheat.pw.usda.gov,由上海生工生物工程技术
服务有限公司合成。
1.2.2 基因组DNA提取及PCR反应 CTAB
法[18]提取DNA。PCR反应体积为10μL,含1×
buffer(0.01mol·L-1 Tris-HCl,pH 8.3,0.05
mol·L-1 KCl)、0.001 5mol·L-1 MgCl2、0.2
mol·L-1 dNTPs、30ng 引物和 40ng 模板
DNA。SSR和EST-SSR引物扩增:94℃预变性
5min;然后94 ℃变性1min,50~60℃退火
1min,72℃延长1min,35个循环;最后72℃延
长10min。STS引物扩增在以上程序的基础上,
35个循环中的延长时间为1.5min。对扩增产物
进行80g·L-1非变性聚丙稀酰胺凝胶电泳,硝
酸银染色。
2 结果与分析
2.1 亲本间多态性引物的筛选
利用1 246对引物对小麦亲本兰考矮早八、
Cp02-3-5-5、YN001和长穗偃麦草基因组 DNA
进行PCR扩增,结果发现,有417对引物可以在
长穗偃麦草中扩增出不同于其他3个小麦亲本的
特异条带,其中包含186对SSR、209对EST-SSR
和22对STS引物,分别占3种类型所检测引物
的比率为25.8%、42.6%和62.9%。图1为引物
Xcfa2185、Xbarc353、Xgwm674和 Swes21在3
个小麦亲本和长穗偃麦草的电泳图。
2.2 长穗偃麦草特异标记在附加系的检测
利用筛选到的417对长穗偃麦草特异引物,
·65· 西 北 农 业 学 报 23卷
对15个2n=44的小麦-长穗偃麦草二体附加系
进行检测(表1),结果发现,18对引物可以在14
个可能的附加系中的1~7个附加系中扩增出长
穗偃麦草的特异带,表明它们添加长穗偃麦草的
遗传物质,但所有引物在附加系1-7中均未扩增
出长穗偃麦草特征带。其中,引物Xcfa2234、Xg-
wm295和Xgwm508分别在7、6和5个附加系中
分别扩增出长穗偃麦草特异带,8个引物在4个
附加系扩增出长穗偃麦草特异带,其他引物只在
2或1个附加系中存在长穗偃麦草特异扩增。图
2为EST-SSR引物Xcwem51在附加系及其亲本
的电泳图。
  1.兰考矮早八Lankaoaizao8;2.Cp02-3-5-5;3.YN001;4.长穗偃麦草T.ponticum;箭头为长穗偃麦草特异带 Arrows indicate the
specific bands of T.ponticum
图1 引物Xcfa2185(A)、Xbarc353(B)、Xgwm674(C)和Swes21(D)在4个亲本之间的扩增
Fig.1 PCR results of primers Xcfa2028(A),Xbarc353(B),Xmag1932(C)and Swes21(D)in four parents
表1 15个附加系的分子标记检测结果
Table 1 Analysis of 15addition lines using molecular markers
引物
Primer
位置
Location
附加系 Addition lines
1-3  1-7  1-8  1-27 1-13 1-20 1-28 1-29 3-14 5-10 5-20 6-23 6-18  2-6  2-22
Xcfa2234  3A + + + + + + +
Xwmc327  5A + + + +
Xcfd12  5A/5D +
Xcfa2185  5A/5D +
Swes168  5B +
Xgwm159  5B/5D +
Xcfd81  5D +
Xcfd266  5D +
Xwmc256  6A + + + +
Xgwm570  6A + + + +
Xgwm508  6B + + + + +
Xwmc539  6B + + + +
Xcwem51  6D + + + +
Xmag3284  7A + + + +
Xcfa2028  7A/7B + +
Xgwm295  7D + + + + + +
Xwmc221  7D + + + +
Xbarc235  7D + + + +
注:“+”表示有多态性。
Note:“+”represent the presence of polymorphic bands.
  1.兰考矮早八Lankaoaizao8;2.Cp02-3-5-5;3.YN001;4.长穗偃麦草T.ponticum;5-19.附加系Addition lines;箭头指示多态性条带
Arrows indicate the specific bands of T.ponticum
图2  小麦EST-SSR引物Xcwem51在4个亲本和15个附加系的扩增结果
Fig.2 Analysis of the primer Xcwem51in 4parents and 15addition lines
·75·10期 宋 杰等:普通小麦-长穗偃麦草异附加系的分子标记鉴定
  利用分子标记对14个小麦-长穗偃麦草二
体附加系进行归类分析发现,SSR 引物 Xg-
wm295(7D)、Xwmc221(7D)、Xbarc235(7D)和
STS引物Xmag3284(7A)均在附加系1-3、1-8和
1-27中扩增出长穗偃麦草特异带,表明它们附加
的长穗偃麦草染色体可能来自第7同源群。SSR
引物 Xwmc256(6A)、Xgwm570(6A)、Xwmc539
(6B)和EST-SSR引物 Xcwem51(6D)分别在附
加系5-10、5-20、6-23和6-18中扩增出长穗偃麦
草的特异带,表明它们附加的长穗偃麦草染色体
可能来自其第6同源群。来自第5和第7同源群
的6和4个标记分别在附加系1-13中扩增出长
穗偃麦草的特异带,表明其可能含有2条不同的
长穗偃麦草染色体。另外,2个标记 Xcfa2208
(7A,7B)和Xgwm295(7D)在附加系2-6和2-22
中扩增出长穗偃麦草特异带,其附加的外源染色
体可能来自第7同源群。附加系1-20、1-28和1-
29只有引物Xcfa2234(3A)能扩增出长穗偃麦草
的特征带,附加系3-14分别只在Xgwm508(6B)
和Xcfa2234(3A)上扩增出长穗偃麦草的特征带,
它们中外源染色体的来源需要进一步确定。
分子标记分析也发现,小麦与长穗偃麦草杂
交及其后代衍生过程中长穗偃麦草染色体间发生
遗传重排。例如,附加系1-27除在4个第7同源
群的引物扩增出长穗偃麦草的特异带外,3A上的
引物Xcfa2234也扩增出长穗偃麦草特征带,表明
长穗偃麦草的第3和7同源群染色体间存在遗传
重组。同样,附加系5-10和5-20拥有第6和5同
源群2种长穗偃麦草特异标记,附加系6-23和6-
18拥有第3、5和6同源群3种长穗偃麦草特异
标记,表明不同的长穗偃麦草染色体之间也可能
存在遗传物质的重组。
3 讨 论
对小麦背景下的外源染色体进行快速、准确
的鉴定并明确其同源群归属,为今后利用外源基
因改良小麦提供重要的理论依据[19]。对附加到
小麦遗传背景的外源染色体进行检测的方法包括
形态学标记、细胞学方法、生化标记和分子标记。
与其他几种检测方法相比,分子标记具有明显的
优越性,已广泛应用于遗传育种、基因组作图、基
因定位、物种亲缘关系鉴别、基因库构建和基因克
隆等方面。刘守斌等[20]以普通小麦品种中国春、
中国春-簇毛麦二体附加系以及不同来源的簇毛
麦为材料,用RAPD技术筛选出簇毛麦染色体组
特异片段并将其用于小麦背景中簇毛麦染色体检
测。陈国跃等[21]利用 RGAP分子标记技术,构
建了一套完整的长穗偃麦草1E-7E染色体的特
异RGAP标记,为小麦背景中长穗偃麦草外源遗
传物质的快速检测提供了新途径。林小虎等[22]
通过SSR初步分析中间偃麦草与普通小麦烟农
15杂交后代中选育的二体附加系山农Line15所
附加的中间偃麦草染色体可能来自第5同源群。
武军等[23]利用EST-SSR分析发现小麦-冰草大
穗多花附加系4844-12附加的P染色体来自冰草
的第6同源群。本研究利用分布于小麦7个部分
同源群的1 246对引物明确了15个新创制的小
麦-长穗偃麦草二体异附加系的遗传组成,所筛
选的长穗偃麦草特异标记能够用于检测和追踪小
麦背景中长穗偃麦草的遗传物质。
本研究发现9个附加系(1-27、1-3、3-14、5-
10、5-20、6-23、6-18、2-6和2-22)分别拥有2~3
条源自不同同源群的长穗偃麦草染色体的特异标
记,表明小麦与长穗偃麦草杂交及其后代衍生过
程中长穗偃麦草染色体间可能发生了遗传重组。
这一现象在其他研究中也曾报道过,如孔令娜
等[24]利用135对EST、27对STS和253对SSR
引物对24个可能的普通小麦-纤毛鹅观草二体
异附加系的同源群归属分析发现,第2部分同源
群染色体上都能扩增出第1、4和6同源群引物的
特异条带,表明纤毛鹅观草进化过程中染色体间
可能存在结构重排。Hu等[25]利用258对EST-
SSR和46对STS标记对长穗偃麦草1E~7E附
加系进行鉴定,发现不同的长穗偃麦草染色体间
存在遗传重组。
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