免费文献传递   相关文献

小麦-中间偃麦草抗锈易位系中梁27的鉴定及分析



全 文 :麦类作物学报 2015,35(11):1489-1493
Journal of Triticeae Crops  doi:10.7606/j.issn.1009-1041.2015.11.04
网络出版时间:2015-11-05
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20151105.0922.008.html
小麦-中间偃麦草抗锈易位系中梁27的鉴定及分析
收稿日期:2015-04-01   修回日期:2015-09-13
基金项目:甘肃省农牧厅生物技术应用与开发项目(GNSW2009-03);甘肃省自然科学基金项目(0803RJZA036);国家自然科学基
金项目(31160362);甘肃省教育厅导师研究计划项目;甘肃省农牧厅生物技术专项(GNSW2011-14)
第一作者E-mail:1039894152@qq.com
通讯作者:李葆春(E-mail:baochunli@163.com)
李爱博1,李金荷2,宋建荣3,王化俊2,张耀辉3,尚勋武2,曹世勤4,李葆春2
(1.甘肃农业大学生命科学技术学院/甘肃省作物遗传改良与种质创新实验室/甘肃省干旱生境作物学重点实验室,甘肃兰州
730070;2.甘肃农业大学农学院/甘肃省作物遗传改良与种质创新实验室/甘肃省干旱生境作物学重点实验室,甘肃兰州
730070;3.甘肃省天水市农业科学研究所,甘肃天水741000;4.甘肃省农业科学院植物保护研究所,甘肃兰州730070)
摘 要:利用普通小麦与八倍体小偃麦中4杂交,获得小麦品种中梁27。条锈病抗性鉴定结果显示,中
梁27具有新的抗病基因。为进一步明确中梁27抗病新基因的来源,采用荧光原位杂交技术对其进行分子细
胞学分析。结果表明,中梁27在A基因组有两个易位片段,分别为A/E基因组易位和A/St基因组易位,推
测中梁27抗病基因可能来源于这两个易位片段。
关键词:小麦;八倍体小偃麦;条锈病;易位系
中图分类号:S512.1;S330    文献标识码:A    文章编号:1009-1041(2015)11-1489-05
Identification and Analysis of Zhongliang 27,a Wheat-
Thinopyrum intermediumTranslocation Line
with Resistance to Stripe Rust
LI Aibo1,LI Jinhe2,SONG Jianrong3,WANG Huajun2,ZHANG Yaohui 3,
SHANG Xunwu2,CAO Shiqin4,LI Baochun2
(1.Colege of Life Sciences and Technology,Gansu Agricultural University/Gansu Key Laboratory of Crop Improvement &
Germplasm Enhancement/Gansu Provincial Key Laboratory of Aridland Crop Science,Lanzhou,Gansu 730070,China;
2.Colege of Agronomy,Gansu Agricultural University/Gansu Key Laboratory of Crop Improvement &Germplasm
Enhancement/Gansu Provincial Key Laboratory of Aridland Crop Science,Lanzhou,Gansu 730070,China;
3.Institute of Agricultural Science of Tianshui,Tianshui,Gansu 741001,China;4.Institute of Plant Protection,
Gansu Academy of Agricultural Sciences,Lanzhou,Gansu 730070,China)
Abstract:Wheat variety Zhongliang 27was bred with common wheat and Octoploid AgroticumZhong
4.By identification of stripe rust resistance,it showed that Zhongliang 27had novel resistance genes.
In order to reveal the origin of new resistance gene further,it was studied by fluorescence in situ hy-
bridization to clear the candidate chromosome segments which the new resistance genes came.The
results showed that Zhongliang 27carried two new translocations A/St and A/E,and it was predicted
that the resistance genes was derived from the two translocations.
Key words:Common wheat;Octoploid Agroticum;Stripe rust;Translocation
  小麦条锈病由小麦条锈菌(Puccinia stri-
iformis Eriks.f.sp.tritici)引起,具有发生面积
广、流行成灾率高的特点,可导致我国小麦严重减
产[1-7]。甘肃省陇南、陇东地区是我国小麦条锈病
菌生理小种的常发易变区和新小种的策源地,对
黄淮麦区小麦安全生产影响极大[2-3],选育抗病品
种是该地区防治小麦条锈病最为经济、有效和环
保的途径。目前,我国小麦条锈病抗源材料存在
遗传基础狭窄、遗传多样性低、所含抗性基因少等
突出弱点,加之条锈病菌毒性小种的频繁变异以
及新小种的不断出现,往往使得生产上推广数年
的抗性品种丧失抗性,造成条锈病大流行[1,3,6-7]。
利用外源抗性基因是小麦抗条锈病育种中避免抗
源利用单一化、拓宽小麦遗传基础的有效措
施[4-6],我国育种家应用黑麦、簇毛麦、十倍体偃麦
草等,已选育出一批抗条锈小苗品种(品系)并加
以利用[8-13]。
中4系谱为(克强×南大2419)/中间偃麦
草//小麦[14],是黑龙江省农科院以小麦(克强×
南大2419)为母本,中间偃麦草为父本创造和培
育出的八倍体小偃麦,其染色体组为ABDX,其中
X为来自中间偃麦草St或E基因组的染色体,在
甘肃天水田间多年种植并进行抗锈性鉴定均表现
出抗病性[15]。
中梁27由甘肃天水市农业科学研究所小麦
中心选育而成[16],由于其良好的抗病性[15],2006
年开始推广成为甘肃陇南山区重要生产品种,其
系谱为 (中梁15号×8619-52)×[(中梁12号×
中4)×(保加利亚10×咸农4号)],2008年4月
通过甘肃省品种审定委员会审定[16]。曹世勤
等[15]通过苗期及成株期多年多点分小种鉴定表
明,中梁27中有新的抗病基因,但其来源未知。
基于此,本研究对中梁27进行了相关分子细胞学
分析,以期明确其抗性新基因来源的候选染色体
片段,为中梁27在抗条锈病育种中的利用提供理
论支撑。
1 材料与方法
1.1 材 料
小麦品种中梁27及中国春由甘肃天水市农
业科学研究所小麦中心提供;拟鹅观草(Pseudor-
oegneiria stipifolia,2n=14,StSt,PI313960)由
中国农业科学院作物科学研究所张学勇研究员
提供。
1.2 原位杂交分析
将中梁27的种子于4℃浸泡,露白后移至
24~25℃下生长,根长至1~2cm时取根尖,冰
水处理24h,用卡诺固定液固定12~24h;固定
好的根尖于37℃酶解60min,用45%的冰醋酸
压片冷冻揭片,60℃干燥1h,72℃下在70%的
甲酰胺中变性2min,依次置于-20℃的70%、
90%和100%乙醇中脱水各5min后进行干燥,
待干燥后,每张片子加RNA消化酶处理1h,2×
SSC洗去后于室温70%、90%和100%乙醇中各
脱水5min,干燥待用。
以拟鹅观草的基因组DNA为探针,中国春
的基因组DNA为封阻,检测外源片段(GISH 分
析)。探针采用缺刻平移法用digoxingenin-11-
dUTP标记 (Roche Applied Science,USA)。
小麦 A、B 和 D 基 因 组 采 用 重 复 序 列
pSc119.2和pAs1[17]来区分(FISH分析),用dig-
oxingenin-11-dUTP和biotin-16-dUTP分别标记
两种探针(Roche Applied Science,USA)。
GISH和FISH 程序参见郝薇薇等[4]和Liu
等[17]的方法,每张片子加DAPI复染后,在荧光
显微镜(AxioCam HRM,Zeiss,Germany)下观
察,并用CCD(AxioCam HRM,Zeiss,Germany)
采集图像。
2 结果与分析
随机选择中梁27根尖细胞染色体,以中国春
基因组DNA为封阻,以拟鹅观草基因组DNA为
探针进行GISH分析,结果(图1A、图2A、图2C)
显示,有两条染色体发生易位,一条为端部易位,
另一条为半条染色体臂易位,且两条异位染色体
杂交信号颜色有所差异。因八倍体小偃麦中4基
因组包含St和E两个基因组染色体,St和E基
因组序列同源性较高[18-19],故St探针也能标记E
基因组易位片段但颜色较浅。所以信号暗绿色的
端部为E基因组易位片段,信号亮绿色的半条染
色体体臂为St基因组易位片段。调节探针与封
阻DNA的比例后没有发现其他外源片段(表1)。
为了进一步明确发生易位的片段位于 A、B和D
哪一个基因组,以pAs1和pSc119.2为探针进行
FISH分析,结果(图1B、图2B、图2D)显示,E基
因组易位有pAs1杂交信号,St基因组易位有
pSc119.2杂交信号,说明发生易位的片段位于A
基因组,即信号暗绿色的端部为 A/E基因组易
位,信号亮绿色的半条染色体体臂为 A/St基因
组易位。
·0941· 麦 类 作 物 学 报                  第35卷
  箭头所指为发生易位的染色体;B图中绿色信号和红色信号分别代表探针pAs1和pSc119.2的信号;A和B为同一细胞;图示标尺
为10μm
Translocation chromosomes are indicated by arrows;Green and red signals on chromosomes in Fig.B represent the signals of probes
pAs1and pSc119.2,respectively;A and B was the same cel;Scale bar was 10μm
图1 中梁27根尖细胞的GISH(A)和FISH(B)分析
Fig.1 GISH(A)and FISH(B)analysis of root cels of Zhongliang 27
  A图中绿色信号为A/E基因组易位;B图中绿色信号为探针pAs1的信号:C图中绿色信号为A/St基因组易位;D图中红色信号为
探针pSc119.2的信号;图示标尺为10μm
Green signals on chromosomes in Fig.A represent the translocation chromosome of A/E genome;Green signals on chromosomes in
Fig.B represent the signals of probes pAs1;C:Green signals on chromosomes in Fig.C represent the translocation chromosome of A/St
genome;Red signals on chromosomes in Fig.D represent the signals of probes pSc119.2;Scale bar was 10μm
图2 易位染色体GISH(A和C)和FISH(B和D)分析
Fig.2 GISH(A and C)and FISH(B and D)analysis of the translocation chromosome
·1941·第11期 李爱博等:小麦-中间偃麦草抗锈易位系中梁27的鉴定及分析
表1 探针与封阻DNA的比例对实验结果的影响
Table 1 Effects of blocking ratio
探针DNA
Probe DNA
封阻DNA
Block DNA
封阻比例
Blocking ratio
实验结果
Result
分析
Analysis
St  ABD  1∶30 A
和D基因组均出现杂交信号
The hybridization signal of A and D genome
封阻过小,同源基因组被杂交
Too little blocking,homologous genome was
hybridized
St  ABD  1∶50
A/E和 A/St易位
The translation chromosome of A/E and A/
St
封阻比例恰当
Blocking proportioned
St  ABD  1∶100
无杂交信号
No hybridization signal
封阻过大,易位被封阻无法杂交
Too big blocking,translocation was blocked
unable to hybridize
3 讨 论
八倍体小偃麦中4在小麦条锈菌生理小种发
生数次变异过程中,始终对小麦条锈菌已知的所
有生理小种类型表现免疫,具有优良的抗条锈性,
而且其抗源来源与以前所有已知的抗锈基因背景
不同[20],因此成为国内外小麦育种重要的种质
资源。
  中4与普通小麦杂交产生的品种中梁27,从
1993年配组合,到鉴定圃鉴定,直至品种申报前,
进行了多年的鉴定。该品种在2012年前,田间表
现出对条锈病有较强的抗性,继而对其亲本材料
进行抗病性分析,结果发现,其具有新的抗病基
因,推测该基因可能来源于中4。经本研究基因
组原位杂交分析发现,中梁27中具有来自中4的
易位片段。易位发生于A基因组,一个为染色体
短臂上A/E基因组的端部易位,一个为 A/St基
因组半条染色体臂易位,这2个易位片段上可能
携带中梁27其他亲本所不具有的新抗病基因。
这为进一步通过构建分离群体进行分子检测等方
法来证实新抗病基因来源的具体染色体片段奠定
了基础。以拟鹅观草DNA为探针、中国春做封
阻的GISH分析中发现,D基因组的信号要较 A
和B基因组强。根据前人结果[21],St与E基因
组和 D 基因组的关系更近,因此用拟鹅观草
DNA做探针时,D组结合上的St基因组DNA较
多,D基因组上信号较A和B基因组强。研究也
发现,E基因组与St基因组同源性高[20],故以St
基因组做探针,亦可显示E基因组易位片段。小
麦和偃麦草间的自发易位和替换主要发生在 D
基因组中 ,如小麦和十倍体长穗偃麦草杂交产生
的抗条锈基因的后代材料[4],其次易发生在A基
因组。而中梁27易位均发生在 A基因组,推测
可能是在亲本杂交过程中A和D基因组中均发
生了易位,仅仅是D基因组中发生的易位所占比
例更大,但是,在田间人工选择时恰好选择了 A
基因组中的易位系。
参考文献:
[1]Li Z S(李振声).Retrospect and prospect of wheat breeding in
China[J].Journal of Agricultural Science and Technology
(中国农业科技导报),2010,12(2):1-4(in Chinese with Eng-
lish abstract).
[2]Wu L R(吴立人),Wang A M(万安民),Niu Y C(牛永春),et
al.Study on Longnan province comprehensive prevention and
control of wheat to wheat stripe rusts[J].Advances in Re-
search on Plant Protection and Nutrition(植物保护与营养研
究进展),1999:34-38(in Chinese with English abstract).
[3]Chen W Q(陈万权),Xu S C(徐世昌),Wu L R(吴立人).Epi-
demiology and sustainable management of wheat stripe rust
caused by Puccinia striiformis west in China:a historical ret-
rospect and prospect[J].Scientia Agricultura Sinica(中国农
业科学),2007,40(supplement):3107-3113(in Chinese with
English abstract).
[4]Hao W W(郝薇薇),Tang C G(汤才国),Li B C(李葆春),et
al.Analysis of wheat-Thinopyrum ponticum translocation
lines with broad spectrum resistance to stripe rusts[J].Scien-
tia Agricultura Sinica(中国农业科学),2012,45(16):3240-
3248(in Chinese with English abstract).
[5]Kang Z S,Zhao J,Han D J,et al.Status of wheat rust research
and control in China[C]//Technical Workshop Oral Presen-
tations,2010:50-69.
[6]Wan A M,Zhao Z H,Chen X M,et al.Wheat stripe rust epi-
demic and virulence of Puccinia Striiformis f.sp tritici in
China in 2002[J].Plant Disease,2004,88(8):896-904.
[7]McIntosh R A,Yamazaki Y,Dubcovsky J,et al.Catalogue of
Gene Symbols for Wheat[M]//Proceedings 11th Internation-
al Wheat Genettic Symposium.Australia:University of Syd-
ney Press,2008:24-29.
[8]Zhou X L(周新力),Wu H J(吴会杰),Zhang R J(张如佳),et
al.Microsatelite tagging of stripe-rust resistance gene YrV1
derived from Haynal diavillosa[J].Acta Phytopa Thologica
Sinica(植物病理学报),2008,38(1):69-74(in Chinese with
·2941· 麦 类 作 物 学 报                  第35卷
English abstract).
[9]Fang Z W(方正武),Ma D F(马东方).Genetic analyses of
stripe rust resistance gene derived from Triticum aestivum-
Haynaldia villosatranslocation line V8360[J].Hubei Agri-
cultural Sciences(湖北农业科学),2015,54(5):1042-1045(in
Chinese with English abstract).
[10]Chen Y F(陈耀峰),Song Y X(宋运贤),Kang F R(亢福仁).
Development of new wheat germplasm with strip rust resisi-
tance.Ⅱ.Cytogenetic observation in hexaploid Triticale and
common wheat F1hybrid[J].Journal of Northwest A&F
University:Natural Science Edition(西北农林科技大学学
报:自然科学版),2003,31(5):1-4(in Chinese with English
abstract).
[11]Su J N(苏佳妮),Wu J(武 军),Zhao J X(赵继新),et al.I-
dentification of a translocation line 24-6from offsprings be-
tween wheat-Psathyrostachys huashanica [J].Journal of
Triticeae Crops(麦类作物学报),2014,34(5):615-620(in
Chinese with English abstract).
[12]Li W J(李文静),Ge q(葛 群),Wang X(王 仙),et al.Identi-
fication of a translocation line 08-738 between common
wheat-Thinopyrum intermedium [J].Journal of Triticeae
Crops(麦类作物学报),2014,34(4):443-448(in Chinese
with English abstract).
[13]Han Y C(韩颜超),Wang C Y(王长有),Chen C H(陈春
环),et al.Molecular cytogenetic study on wheat-Psathy-
rostachys huashanica 1Ns disomic addition line[J].Journal
of Triticeae Crops(麦类作物学报),2015,35(8):4(in Chi-
nese with English abstract).
[14]Sun S C(孙善澄),Zhao H S(赵怀生),Yang Y F(杨亚凡),et
al.Studies on selection breeding and utilization of Zhong 4,
Zhong 5as new resistance sources to wheat yelow dwarf vi-
rus[J].Acta Agriculturae Boreali-Sinica(华北农学报),
1990,5(2):78-85(in Chinese with English abstract).
[15]Sun Z Y(孙振宇),Huang J(黄 瑾),Feng J(冯 晶),et al.Re-
sistant characters and application value of wheat cultivar
‘Zhongliang 27’to stripe rust in al-stage in Gansu province
[J].Plant Protection(植物保护),2015(4):35(in Chinese
with English abstract).
[16]LüL L(吕莉莉),Song J R(宋建荣),Yue W Y(岳维云).
Cultivation techniques of resistant to high and distant hybrid-
ization new winter wheat variety‘Zhongliang 27’[J].Jour-
nal of Triticeae Crops(麦类作物学报),2009,29(2):366-
366(in Chinese with English abstract).
[17]Liu Z,Yue W,Dong Y S,et al.Identification and preliminary
analysis of several centromere-associated bacterial artificial
chromosome clones from a diploid wheat library[J].Journal
of Integrative Plant Biology,2006,48(3):348-358.
[18]Rayburn A L,Gil B S.Molecular identification of the D-ge-
nome chromosomes of wheat[J].Journal of Heredity,
1986,77(4):253-255.
[19]Mukai Y,Nakahara Y,Yamamoto M.Simultaneous discrimi-
nation of the three genomes in hexaploid wheat by multicolor
fluorescence in situ hybridization using total genomic and
highly repeated DNA probes[J].Genome,1993,36(3):489-
494.
[20]Lin R M(蔺瑞明),Qiu Z(邱 焯),Guan X N(管秀娜),et al.
Genetic analysis on the composition of resistance genecs in
Chinese differential host Zhong 4of yelow rust fungi[J].
Journal of Plant Protection(植物保护学报),2007,34(6):
573-579.
[21]Liu Z,Li D Y,Zhang X Y.Genetic relationships among five
basic genomes St,E,A,B and D in Triticeae revealed by ge-
nomic Southern and in situ hybridization [J].Journal of
Integrative Plant Biology,2007,49(7):1080-1086.
·3941·第11期 李爱博等:小麦-中间偃麦草抗锈易位系中梁27的鉴定及分析