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一个小麦-中间偃麦草二体代换系的鉴定与分析



全 文 :麦类作物学报 2014,34(3):318-322
Journal of Triticeae Crops  doi:10.7606/j.issn.1009-1041.2014.03.06
网络出版时间:2014-3-12
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/doi/10.7606/j.issn.1009-1041.2014.03.06.html
一个小麦-中间偃麦草二体代换系的鉴定与分析
收稿日期:2013-10-24   修回日期:2014-01-12
基金项目:国 家 科 技 支 撑 计 划 项 目 (2011BAD07B02);河 南 省 重 大 科 技 专 项 (111100110100);河 南 省 科 技 攻 关 项 目
(132102110031)。
第一作者E-mail:lixiaojun227@163.com
通讯作者:茹振钢(E-mail:rzgh58@sohu.com)
李小军,姜小苓,董 娜,李 淦,冯素伟,胡铁柱,茹振钢,杨永乾
(河南科技学院生命学院,河南新乡453003)
摘 要:中间偃麦草在小麦改良中具有重要利用价值。本研究利用基因组原位杂交(GISH)、高分子量
谷蛋白亚基电泳(SDS-PAGE)和分子标记技术对小麦-中间偃麦草衍生系中209进行鉴定。结果表明,中209
的42条染色体中含有2条中间偃麦草染色体,是小麦-中间偃麦草二体代换系;分子标记检测发现,小麦7A
染色体上的6个SSR引物Xcfa2028 、Xwmc422 、Xwmc65 、Xbarc127 、Xbarc174 和Xgwm60 在小麦亲本合
作2号中均扩增出清晰的DNA条带,而在中间偃麦草和中209中均未扩增出任何条带,表明中209可能缺少
了小麦7A染色体;小麦第7部分同源群的SSR标记Xwmc488 和STS标记Xmag1715 分别在中209中扩增
出中间偃麦草的特异带,推断其含有的中间偃麦草染色体与小麦第7同源群染色体存在部分同源关系;SDS-
PAGE表明中209含有5+10亚基。
关键词:小麦;中间偃麦草;代换系;高分子量谷蛋白;细胞学;分子标记
中图分类号:S512.1;S330    文献标识码:A    文章编号:1009-1041(2014)03-0318-05
Identification of a Wheat-Thinopyrum intermediumSubstitution Line
Zhong 209Based on SDS-PAGE,Cytology and Molecular Markers
LI Xiaojun,JIANG Xiaoling,DONG Na,LI Gan,FENG Suwei,
HU Tiezhu,RU Zhengang,YANG Yongqian
(School of Life Science and Technology,Henan Institute of Science and Technology,Henan,Xinxiang 453003,China)
Abstract:Thinopyrum intermedium has many valuable genes for wheat genetic improvement.The
aim of present study was to identify a novel wheat-Thinopyrum intermediumsubstitution line(Zhong
209)using genomic in situ hybridization(GISH),sodium-dodecyl-sulphate polyacrylamide-gel elec-
trophoresis(SDS-PAGE),SSR,EST-SSR and STS marker analysis.The results indicated that the
chromosome number in root tip cel of Zhong 209was 42with 2 Th.intermediumchromosomes,indi-
cating that it was a wheat-Th.intermediumsubstitution line.Each of six SSR markers(Xcfa2028 ,
Xwmc422 ,Xwmc65 ,Xbarc127 ,Xbarc174 and Xgwm60 )on the chromosome 7Aamplified a clear
band in the wheat parent Hezuo 2,but no products was amplifed in Th.intermediumand Zhong 209,
indicating that wheat chromosome 7Awas absent in Zhong 209.Two markers from the group 7of
wheat,including a SSR marker(Xwmc488 )and a STS marker(Xmag1715 ),revealed a specific
band of Th.intermediumin Zhong 209,which confirmed that the two Th.intermediumchromosomes
in Zhong 209were homoeologous to the group 7of wheat.The HMW glutenin subunit,5+10,was
further identified in Zhong 209.
Key words:Wheat;Thinopyrum intermedium;Substitution line;HMW-GS;Cytology;Molecular
marker
  小麦近缘植物具有丰富的遗传多样性和许多
可用于小麦遗传改良的优异基因,在小麦育种中
已发挥了重要作用[1-2]。但是,目前已导入普通小
麦并加以利用的近缘植物优异基因还只是很小的
一部分[3]。因此,进一步将近缘植物优良性状基
因导入小麦,培育新的种质资源是扩大现代小麦
遗传基础的重要途径。
中间偃麦草是异源六倍体的多年生植物,具
有耐旱、耐盐碱、生长势强、再生性好、抗寒和适应
性广等多种优异的生物学特性,在小麦改良中具
有重要利用价值[4]。国内外学者已利用中间偃麦
草培育了许多新种质,并对他们在小麦遗传改良
中的应用展开了广泛研究[5]。孙善澄[6]利用中间
偃麦草与小麦杂交选育出远中1~远中5部分双
二倍体,被国内外许多育种单位作为抗病育种的
中间材料。其中远中1号和远中2号是我国首次
发现的兼抗小麦条纹花叶病毒和小麦卷叶螨虫的
抗源[5,7];远中4和远中5号高抗黄矮病[8]。Lar-
kin等[9]利用远中5号与小麦杂交选育出抗黄矮
病的Z1、Z2和Z6小麦-中间偃麦草二体异附加
系。Lin等[10]进一步从Z6与普通小麦中8601后
代中选育出5个小麦-中间偃麦草二体异代换系。
还有研究者从中间偃麦草与普通小麦烟农15杂
交后代中筛选出兼抗白粉病和条锈病的八倍体小
偃麦[11]和多个抗白粉病的异附加系、异代换
系[4,8]。还有研究者认为,通过不同遗传背景的
小麦和中间偃麦草杂交能创造出新的基因型或发
现基因的优异等位变异[12-13]。因此,加强小麦与
中间偃麦草及其他近缘植物的杂交及鉴定分析,
创制新的小麦外源种质仍是育种家研究的热点。
本研究利用基因组荧光原位杂交(GISH)、高
分子量谷蛋白亚基电泳(SDS-PAGE)和分子标记
技术对新获得的一个小麦-中间偃麦草衍生系中
209的遗传组成进行分析鉴定,目的是为其有效
利用奠定理论基础。
1 材料与方法
1.1 供试材料
普通小麦-中间偃麦草衍生系中209,是从远
中2号与普通小麦品系163-12杂交后代中选育
得到的。中国春和合作2号是普通小麦品种(2n
=42),其中合作2号是远中2号培育过程中所利
用的小麦亲本。中209和中间偃麦草(2n=6x=
42)均由山西省农业科学院孙善澄先生惠赠,合作
2号由中国农业科学院作物科学研究所李秀全老
师提供。
1.2 方 法
1.2.1 荧光原位杂交
总基因组DNA的提取采用CTAB法。中间
偃麦草 DNA 标记依照 DIG-Nick-Translation
Mix(Roch公司)使用说明书,采用DIG-11-dUTP
缺刻平移法进行。GISH 程序参照 Han等[5]的
方法,探针与封阻DNA用量比例为1∶50。探针
杂交信号用荧光素(FITC)检测。经PI复染后,
在450~490nm 波长下观察,杂交信号呈黄绿
色,小麦染色体呈红棕色。用 OLYMPUS-BX51
显微镜照相。
1.2.2 十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳
(SDS-PAGE)
参考张玲丽等[14]的方法分离高分子量麦谷
蛋白亚基(HMW-GS),采用中国春(Nul,7+8,2
+12)和 Neepawa(2*,7+9,5+10)作为对照
品种。
1.2.3 分子标记分析
以中间偃麦草、合作2号和中209的基因组
DNA为模板进行PCR扩增(中209的小麦亲本
163-12未得到实验材料)。PCR反应体积为20
μL,含1×buffer(0.01mol·L
-1 Tris-HCl,pH
8.3,0.05 mol·L-1 KCl)、0.0015 mol·L-1
MgCl2、0.2mol·L-1dNTPs、50ng引物和60ng
模板DNA。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;72℃延伸10min。扩增产物
进行8%非变性聚丙稀酰胺凝胶电泳,硝酸银
染色。
共选用覆盖小麦全基因组的724对分子标
记,其中420对SSR引物(包括Xgwm、Xgdm、
Xcfd、Xwmc和Xbarc)、269对 EST-SSR引物
(Xcfe和Swes)、35对STS(Xmag)引物。Swes
引物来自Chen等[15]的报道,其他引物信息来自
GrainGene2.0 (http://wheat.pw.usda.gov/
GG2/index.shtml),引物由上海生工生物工程技
·913·第3期 李小军等:一个小麦-中间偃麦草二体代换系的鉴定与分析
术有限公司合成。
2 结果与分析
2.1 农艺性状与 HMW-GS组成
中209的株高为112~125cm,穗长12.0~
15.5cm,旗叶长21.5~27.0cm、宽1.2~2.0
cm,小穗数15~24个,单株有效分蘖3~7个,穗
粒数为35~50,平均结实率达到64.6%。SDS-
PAGE分析发现,中209在Glu-1 的3个位点上的
HMW-GS组成分别为Nul,7+8和5+10(图1)。
2.2 染色体数与原位杂交结果
根尖细胞制片染色体统计表明,中209的染
色体条数为2n=42。以中间偃麦草的基因组
DNA为探针,中国春DNA为封阻,荧光原位杂
交检测发现每个根尖细胞中均有两条染色体呈现
出明显杂交信号,表明中209是一个小麦-中间偃
麦草二体代换系(图2)。
2.3 被替换的小麦染色体
PCR分析表明,在所有引物中,7A染色体上
的6个引物Xcfa2028 、Xwmc422 、Xwmc65 、
Xbarc127 、Xbarc174 和Xgwm60 在小麦亲本合
作2号中均能扩增出清晰的DNA条带,而在中
间偃麦草和中209中均未扩增出任何条带,表明
中209可能缺少了小麦的7A 染色体(图3)。
SSR标记Xwmc488 和STS标记Xmag1715 分
别在中209中扩增出中间偃麦草的特异条带,这两
个标记分别被定位于小麦的7A、7D和7A、7B染色
体上,由此推断中209含有的中间偃麦草染色体与
小麦第7同源群染色体存在部分同源关系。
  1:合作2号;2:中国春;3:Neepawa;4:中209;5:中间偃麦草
1:Hezuo 2;2:Chinese Spring;3:Neepawa;4:Zhong 209;
5:Th.intermedium
图1 中209及其亲本SDS-PAGE分析
Fig.1 SDS-PAGE analysis of Zhong 209and its parents
3 讨 论
基因组原位杂交(GISH)可以明确识别异源
染色体,因而在小麦与近缘种属杂交后代检测中
常用GISH技术来鉴定外源染色质。近年来,植
物分子标记的发展为远缘杂交后代中外源遗传物
质的鉴定分析提供了更有力的工具。基于PCR
的SSR标记因遍布整个基因组以及丰富的多态
性等优点,被成功运用于鉴定外源附加系[16]、代
换系[17]和异位系[18]等研究。与SSR相比,近年
在小麦、水稻和大麦等作物开发和利用的EST-
SSR和STS标记成为丰富作物分子标记的另一
简便而有效的途径[19-20]。EST-SSR和STS标记
来源于基因编码区,直接反映了基因表达的信息,
属于功能基因标记,正逐渐被广泛用于外源染色
质的遗传分析。Du等[21-22]利用这两种标记成功
  A:中209的根尖细胞染色体数目(2n=42);B:中209的GISH分析。箭头所指为中间偃麦草染色体
A:Chromosomes in root tip cel of Zhong 209(2n=42);B:GISH of Zhong 209,the arrows indicate the Th.intermediumchromo-
somes
图2 中209的根尖细胞染色体数目与GISH分析
Fig.2 Chromosomes in root tip cel of Zhong 209and GISH analysis
·023· 麦 类 作 物 学 报                  第34卷
  M:100bp DNA ladder;1:中间偃麦草;2:合作2号;3:中209。箭头所示为在中209扩增的中间偃麦草特异带
M:100bp DNA ladder;1:Th.intermedium;2:Hezuo 2;3:Zhong 209.The arrow indicates the specific band of Th.intermedi-
umamplified in Zhong 209
图3 中209及其亲本的分子标记分析
Fig.3 Molecular marker analysis of Zhong 209and its parents
鉴定了2个小麦-华山新麦草附加系。Wu等[1]利
用EST-SSR标记确定了小麦-冰草衍生系4844
具有的多花多粒性状基因源自冰草6P染色体。
本研究利用SSR、EST-SSR和STS标记相结合
进行异代换系的鉴定,提高了结果的可靠性,为阐
明材料的遗传组成提供了有价值的参考信息。
本研究表明,中209的两条小麦染色体被中
间偃麦草染色体所代换,是一个普通小麦-中间偃
麦草的二体异代换系,其结实率达到64.6%,说
明这对中间偃麦草染色体对所代换的小麦染色体
具有一定的遗传补偿效应。由于在中209中发现
的两个中间偃麦草特异标记 (Xwmc488 和
Xmag1715 )均为小麦第7部分同源群的分子标
记,因而代换可能发生在外源染色体与第7部分
同源群的染色体之间,这两个引物也可以作为进
一步追踪鉴定中间偃麦草遗传物质的特异标记。
此外,SDS-PAGE发现中209含有蛋白亚基
5+10,可能有较好的烘烤品质[14]。Chen等[7]研
究发现远中1和远中2号对小麦条纹花叶病毒和
小麦卷叶螨虫表现高抗。本研究的小麦-中间偃
麦草代换系中209源自远中2号,其对病、虫害的
抗性及所携带的中间偃麦草染色体的遗传功能有
待进一步深入分析和鉴定。
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