全 文 ：麦类作物学报　2006 , 26(5):20 ～ 23
Journal o f T riticeae Crops
小麦-茸毛偃麦草异附加系 Y176-3的分子细胞遗传学鉴定
李光蓉1 , 2 ,杨足君1 , 2 ,畅志坚3
(1.四川农业大学小麦研究所 ,四川都江堰 611830;2. 电子科技大学生命科学与技术学院 ,四川成都 610054;
3. 山西省农科院作物遗传研究所 ,山西太原 030031)
摘　要:为了解茸毛偃麦草(Thinopy rum intermedium ssp . trichophorum)与小麦经过杂交 、回交所选育
的小偃麦新种质 Y176-3 的遗传特性 ,对该系进行了抗条锈性鉴定与分子细胞学分析。结果表明 , Y176-3 对
当前的条锈病流行小种和新小种免疫。其根尖细胞染色体数目为 2n=44 , 有 2 对随体 , 花粉母细胞减数分裂
中期 I(PMC MI)染色体构型为 2n=22Ⅱ 。利用 C-带分析 ,观察到 Y176-3 中可能附加了一对来自茸毛偃麦
草的端部有强带的短染色体。以拟鹅观草(Pseudoroegneria sp icata , 2n =14) DNA 作探针 、中国春基因组
DNA为封阻进行的原位杂交结果表明 , Y176-3 含有 2 条较短的茸毛偃麦草染色体 ,该染色体属于 St 组 , 推
测新种质 Y176-3 中导入的来自茸毛偃麦草的 St染色体可能携带新的抗条锈病基因。
　　关键词:小麦;茸毛偃麦草;附加系;C-分带;GIS H
　　中图分类号:S512. 9;S326　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1009-1041(2006)05-0020-04
Molecular Cytogenetics Identification of a Wheat-Thinopyrum intermedium
ssp. trichophorum Addtion Line Y176-3
LI Guang-rong1 , 2 , YANG Zu-jun1 , 2 , CHANG Zhi-jian3
(1. T riti ceae Research Inst itute , Sichuan Ag ricultural University , Dujiangyan , Sichu am 611830 , China;
2. College of Life Science and Tech nology , Universi ty of Elect ronic Science an d Technology of China , Chengdu , S ichu an 610054 , China;
3. Crop Genetic Ins ti tu te of shanxi Academy of Agricu ltural S cien ce , T aiyuan , Shanxi 030031 , China)
Abstract:In this study , wheat line Y176-3 w i th high resistance to strip rust , which derived f rom Si-
chuan wheat ×Thinopy rum intermedium ssp. t richophorum was characte rized by cy to logical and
GISH analysis. The results show ed that chromosome number of Y176-3 in roo t tip cell w as 44 , inclu-
ding four satellite chromosomes. Tw enty-tw o bivalents w ere f requent ly obse rved in meio tic chromo-
some conf iguration o f PMC M I. Giemsa-C banding show ed the tw o smal ler chromosomes of Th.
trichophorum w ith tolemeric bands maybe added in Y176-3. In o rder to reveal the genomic dist ribu-
tion o f the added chromosomes o f Y176-3 , the Genomic in situ hybridization (GISH)was ca rried out
by using the St genome as a probe , and the common wheat g enomic DNA as a blocker. The results in-
dicated that the int roduced Th. trichophorum chromosomes belong to St genome. It is concluded that
the int roduced Thinopy rum chromosomes in Y176-3 m ight contain new genes responsible for it s st ripe
rust resistance.
Key words:Wheat;Thinopy rum intermedium ssp t richophorum;Addition line;C-banding ;GISH
　　小麦条锈病是我国南方麦区和黄淮麦区的重
要病害。从外源物种中筛选和转移新的抗条锈基
因以创造和利用新的“二线抗源” ,是目前小麦遗
传育种的重要课题。通过小麦远缘杂交与染色体
工程创制的新种质 ,极大地丰富了小麦的遗传基
础 ,其中以六倍体中间偃麦草和十倍体长穗偃麦
草外源基因的导入及利用最为成功[ 1 , 2] 。虽然偃
麦草属的许多抗性基因已转入普通小麦中 ,并有
小麦与偃麦草远缘杂交育成的品种大面积推广 ,
但相比之下 ,从偃麦草物种中导入抗小麦条锈病
基因的研究相对较少 。
茸毛偃麦草(Thinopy rum intermed ium ssp.
收稿日期:2006-01-12　　　修回日期:2006-03-15
基金项目:国家自然科学基金项目(30170502)。
作者简介:李光蓉(1974 -),女 ,硕士 ,主要从事小麦遗传育种研究。
trichophorum)是中间偃麦草(Thinopyrum in-
termedium)的一个新亚种。茸毛偃麦草与普通
的中间偃麦草不同之处在于茸毛偃麦草不仅表现
在植株形态的穗部和叶片上外被茸毛 ,而且在染
色体的异染色质带上也具有明显的特异性[ 3] 。在
抗性方面 ,茸毛偃麦草不仅对小麦条锈病和白粉
病免疫 ,还具有优良的赤霉病抗性 [ 4] ,因而茸毛
偃麦草是一个极有价值的多抗性基因资源。
为利用茸毛偃麦草的多种抗病性基因 ,笔者
用普通小麦与茸毛偃麦草杂交 、回交 ,获得了一批
具有茸毛偃麦草染色质且农艺性状较好的 Y176
系群材料 [ 5] 。本研究对 Y176 系群中的一个系
Y176-3进行抗条锈性鉴定和分子细胞遗传学分
析 ,旨在明确其抗性来源 ,并为其深入研究和利用
奠定基础 。
1　材料和方法
1. 1　材料
用不含 1RS /1BL的四川小麦品种“川育 12”
和“繁 6”与茸毛偃麦草杂交 、回交并多代自交 , 获
得了一系列染色体数目在 41 ～ 44之间 、农艺性状
与四川小麦一致的优良系群 Y176 , Y176-3是其
中的一个系。Y176-3株高 85 cm ,穗长 15 cm ,小
穗数 24个 ,穗粒数 60粒 ,千粒重 44 g 。拟鹅观草
(Pseudoroegneria spicata ,2n=14 , StSt)引自美
国农业部谷类作物基因库 。普通小麦材料“中国
春” 、“川育 12”和“繁 6等由四川农业大学小麦研
究所保存 。
1. 2　研究方法
1. 2. 1　抗条锈性鉴定 　2003 、2004 年于小麦拔
节后人工接种条锈菌混合菌种(条中 30 、条中 31
以及少量的条中 29和水源 11 ～ 14等),诱发材料
选用 SY95-71和对照材料铭贤 169[ 6] 。在诱发材
料及对照材料充分发病时进行抗条锈病调查 ,反
应型按 0 、1 、2 、3 、4五级记载 ,其中 0 ～ 2反应型为
抗病 ,3和 4为感病;普遍率以发病株率表示;严
重度按 0 、5 、10 、20 、40 、60 、80 、100记载 。
1. 2. 2　细胞学检测　根尖细胞染色体观察:在
22℃培养箱内发芽 ,取适宜根尖冰水浴 24 h , 卡
诺氏固定液Ⅰ固定 ,用 1 mol /L盐酸 60℃解离 10
min , Fulgen 试剂染色 , 1%醋酸洋红常规压片观
察。花粉母细胞减数分裂观察:取处于减数分裂
中期Ⅰ ～四分体时期的花药 ,卡诺氏固定液 Ⅰ固
定 ,4℃冰箱保存备用。用 1%醋酸洋红解剖制
片 ,改良苯酚品红复染 ,酒精灯微烤后压片观察。
1. 2. 3　染色体 C-分带　参照 Gill等[ 7] 及任正隆
等[ 8]的操作流程 , 略加改动。用梳齿于 22℃培养
箱黑暗条件下培根 ,根长 1. 5 ～ 2. 5 cm 时切取根
于冰水处理 20 ～ 24 h ,卡诺固定液 I 固定 ,加入
45%的冰醋酸处理数分钟 ,待根尖软化后 45%的
冰醋酸压片 ,液氮冷冻揭片 ,迅速置于无水乙醇中
干燥 ,用 0. 2 mol /L HCl 在 60℃处理制片标本
2. 5 min ,饱和 Ba(OH)2 溶液室温下处理 7 ～ 10
min , 2×SSC 60℃条件下处理 1 h , pH 值 6. 8的
3%～ 5%的 Giemsa 染液染色 ,显微镜观查并摄
影记录。
1. 2. 4　基因组原位杂交(Genomic In Si tu Hy-
bridization ,GISH)　供试材料总 DNA 的提取 、
染色体制片和 GISH 操作参照 Friebe[ 9] 等的流
程 ,略加改动 , DNA 探针用 DIG-Nick Transla-
tion Ki t 标记探针 。在每张染色体标本上滴加
150 μL(70%的甲酰胺 2×SSC 溶液), 80℃水浴
2. 30 min ,移至冰冻的 70%、95%、100%的酒精
中依次洗涤 5 min ,取出干燥 。按每张染色体标
本 15 μL 的用量配杂交液 , (50%的甲酰胺 , 2×
SSC 、10μg 鲑精 DNA , 80ng 探针 DNA 和 8 ～ 10
μg 封阻 DNA),杂交在 80℃水浴 7 min ,迅速转
入冰水中至少保持 5 min ,然后将其滴加到染色
体标本上 , 37℃杂交过夜。荧光信号检测:滴加
100 μL 按 1∶200 的比例稀释的 A nti-dig oxige-
nin fab f ragments ,37℃孵化 30 min , 用 1×PBS
清洗 3次 ,用PI复染染色体 ,用 OLYMPUSBX51
荧光显微镜观察。
2　结果与分析
2. 1　Y176-3的抗条锈性表现
由表 1可知 ,小麦亲本“川育 12”和“繁 6”均
表现为高感条锈病 ,茸毛偃麦草对条锈病完全免
疫 , Y176-3对条锈病也完全免疫 ,说明 Y176-3的
抗性可能来于亲本茸毛偃麦草 。
2. 2　Y176-3的细胞学观察结果
经根尖细胞染色体鉴定 ,Y176-3的染色体数
目为 44 ,其中有 2对随体染色体 ,所附加的 2条
短染色体可能来源于茸毛偃麦草(图 1 ,箭头所
示)。进一步对 Y176-3的 PMCM Ⅰ细胞进行观
察和统计 ,在观察的 100 个花粉母细胞中 ,96个
细胞的染色体构型为2n=22Ⅱ (图 2),其余为 2n
=21II+2I , 说明 Y176-3是一个细胞学比较稳定
21 5 期　　　　　　　　李光蓉等:小麦-茸毛偃麦草异附加系 Y176-3 的分子细胞遗传学鉴定
的材料。将 Y176-3与小麦品种川育 12杂交 ,对
获得的杂种 F1的 PMC MI 观察 ,一般出现 21II+
1I(图 3 , 箭头所示), 部分细胞中出现少量多价
体。以上结果表明 , Y176-3 为小麦-茸毛偃麦草
二体异附加系。
表 1　Y176-3 及其亲本的抗条锈性表现 (2003 、2004年)
Table 1　Resistance to stripe rust of
Y176-3 and their parents
材料
M aterial
反应型
Reaction type
严重度(%)
Seriousness
普遍率(%)
Universality
川育 12
C huanyu12
4 80～ 100 100
繁 6
Fan6
4 80～ 100 100
茸毛偃麦草
Th. in termed ium ssp
trichophorum
0 0 0
Y176-3 0 0 0
铭贤 169
Mingxian169
4 80～ 100 100
箭头所示为 2条短染色体
A rrow s indicate tw o short chromsome
图 1　Y176-3 的根尖染色体数目(2n=44 , 2 对随体)
Fig. 1　Chromosomes of Y176-3 in root tip cell(2n=44 , two pairs of satellites)
图 2　Y176-3 的 PMCMI染色体构型(2n=22Ⅱ)
Fig. 2　Chromosomes conf iguration of Y176-3 at PMC
2. 3　Y176-3的 C-带分析结果
C-带结果表明 , Y176-3 中有一对较短 、具有
强端带的染色体(图 4),该染色体与普通小麦染
色体的带型明显不同 ,说明 Y176-3 附加了一对
来自于茸毛偃麦草的染色体。由于偃麦草染色体
组在杂交后代中常常发生重组 ,仅凭 C-带还很难
确定所附加的染色体属于偃麦草的哪一个(对)染
色体组。
箭头所示为一个单价体
T he arrow indicate a m on somic
图 3　Y176-3 与川育 12杂交 F1 的 PMC MI
染色体构型(21 II+1I)
Fig. 3　Chromosomes configuration of hybird F1
between Y176-3 and Chuanyu 12 at PMCMⅠ
箭头所示为茸毛偃麦草染色体
A rrow s indicates th e ch rom osomes f rom Th . tr ichophorium
图 4　Y176-3染色体 C-带结果
Fig. 4　The root chromosomes C-banding of Y176
2. 4　Y176-3的基因组原位杂交(GISH)分析结果
以普通小麦中国春基因组 DNA 为封阻 ,地
高辛标记的拟鹅观草(2n=14 , StS t)总 DNA 为
探针 ,对 Y176-3 进行原位杂交分析 ,结果表明 ,
Y176-3有两条较短的茸毛偃麦草染色体在其整
个区域都有强的黄绿色杂交信号(图 5), 说明
Y176-3附加的一对茸毛偃麦草染色体属于 St
组。
22 麦　类　作　物　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　26 卷
箭头所示为茸毛偃麦草染色体
Arrow s indicate the ch romosomes f rom Th. t richophor ium
图 5　Y176-3的基因组原位杂交
Fig. 5　GISH patterns of mitotic metaphase cell of Y176-3
3　讨　论
中间偃麦草对小麦条锈病表现免疫 ,转移和
利用中间偃麦草的优异抗条锈基因对小麦抗病育
种具有重要意义 。最近人们利用中间偃麦草与小
麦杂交 ,选育和鉴定了多个高抗条锈的小麦-中间
偃麦草的异附加系 、异代换系和易位系[ 2 , 10] ,说明
源自中间偃麦草的抗条锈基因可以在小麦中得到
表达 。本研究对中间偃麦草的一个新亚种茸毛偃
麦草与小麦杂交 、回交后代获得一个抗条锈病的
新种质 Y176-3 ,其农艺性状优良 ,可作为小麦抗
条锈育种的亲本材料 。
外源染色体导入普通小麦遗传背景中育成部
分双二倍体 、异附加系 、异代换系等是转移外源基
因的重要方式 ,其中最有利用价值的是附加一对
外源染色体的二体异附加系 ,它不仅可用于进一
步创造异代换系和易位系 ,同时也可用于物种间
染色体组遗传关系研究[ 11] 。本研究选育鉴定的
Y176-3的染色体数目为 44 , PMC M Ⅰ分析进一
步揭示其为在小麦染色体组中附加的一对来自茸
毛偃麦草的染色体 ,是一个二体异附加系 。对小
麦遗传背景中外源遗传物质进行鉴定 ,是有目的
地开展染色体工程育种的重要内容 ,而且将多种
鉴定方法结合有利于对外源染色质的准确鉴定。
本研究通过染色体 C-带方法与 GISH 相结合对
导入 Y176-3 的偃麦草染色体进行了鉴定 ,表明
该染色体具有端部异染色质带 ,并属于 S t染色体
组。由于 Y176-3中附加的一对茸毛偃麦草的 St
染色体较短 ,这类来自偃麦草的短染色体引入栽
培小麦也有类似报道 ,如在小麦-中间偃麦草部分
双二倍体的染色体研究中 , Han 等[ 12] 观察到八倍
体小偃麦中 4也含有一对特别短的中间偃麦草染
色体 。在一个小冰麦异附加系 TAI-27中 ,韩方
普等[ 1 3] 也观察到了一对短小的染色体 ,但转入的
染色体高抗小麦黄矮病。两者是否为同一对染色
体 , 还有待进一步研究 。
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23 5 期　　　　　　　　李光蓉等:小麦-茸毛偃麦草异附加系 Y176-3 的分子细胞遗传学鉴定