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四倍体小麦背景中长穗偃麦草E染色体传递特征



全 文 :收稿日期:2016-03-29;修回日期:2016-04-29
基金项目:国家自然科学基金项目 (编号:31071406),高等学校博士学科点专项基金(编号:20123250110010)和江苏省农业生物学重点实
验室开放项目资助[Supported by the National Natural Science Foundation of China(No. 31071406), the Specialized Research Fund for Doctoral
Program of Higher Education of China (No. 20123250110010) and the Research Fund of Jiangsu Provincial Key Lab for Agrobiology]
作者简介:李海凤,博士,讲师,研究方向:分子细胞遗传学。E-mail: lihaifeng902@163.com
刘慧萍,硕士,专业方向:分子细胞遗传学。E-mail: hpliu8002@hotmail.com
李海凤和刘慧萍为并列第一作者。
通讯作者: 陈建民,博士,教授,研究方向:植物分子细胞遗传。E-mail: jmchen@yzu.edu.cn; Tel: 0514-87979286

四倍体小麦背景中长穗偃麦草E染色体传递特征
李海凤 1,2,刘慧萍 1,戴毅 1,黄帅 3,张军 2,高勇 1,陈建民 1
1. 扬州大学生物科学与技术学院,扬州 225009;
2.扬州市职业大学,扬州 225012;
3. 江苏省农业生物学重点实验室,南京 210014
摘要:通过细胞学方法和染色体特异分子标记鉴定六倍体小偃麦(AABBEE)与硬粒小麦(AABB) 杂交的自交后代 F2
和 F3植株,探讨长穗偃麦草染色体在硬粒小麦背景中世代间的传递特征,并筛选硬粒小麦-长穗偃麦草 E染色体附
加系。对 218 个 F2单株染色体数检测表明,2n=28 植株占 41.7%,2n=29 植株占 18.3%,其余 40.0%植株的染色体
数在 2n=31~42范围内。分子标记鉴定表明,在 F2代 2n=29单体附加植株中,不同的长穗偃麦草染色体传递率之间
存在明显差异,1E传递率最高,3E和 6E传递率最低。在 F2代 2n=30单株中,1E、4E、7E和 5E染色体相互组合
产生的双单体多,6E参与组合较少,未检测到 2E或 3E与其他染色体的组合单株。在 1E~7E单体附加株自交后代
F3中, E染色体传递率变化范围为 9.1%~27.5%,1E传递率最高,6E传递率最低,与 F2的传递率一致。从 F3代中
选育出 1E~7E 单体附加及少数二体附加,所有单体附加均可育。这些附加 E 染色体材料将对小麦代换系和易位系
的创制提供有益的中间材料。
关键词:六倍体小偃麦;硬粒小麦;长穗偃麦草;传递率;染色体特异分子标记
Transmitting characters of individual E chromosomes of Thinopyrum
elongatum in Triticum turgidum background
Haifeng Li
1, 2
, Huiping Liu
1
, Yi Dai
1
, Shuai Huang
3
, Jun Zhang
2
, Yong Gao
1
, Jianmin Chen
1

1. College of Bioscience and Biotechnology, YangzhouUniversity, Yangzhou 225009, China;
2. Yangzhou PolytechnicCollege, Yangzhou 225009, China;
3. Jiangsu Provincial Key Lab for Agrobiology, Nanjing 210014, China
Abstract: The transmission patterns of Thinopyrum elongatum chromosomes in the background of Triticum
turgidum were investigated through cytogenetic and molecular marker analysis based on the F2 and F3
网络出版时间:2016-06-30 10:40:49
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1913.R.20160630.1040.004.html
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plants derived from a cross between Triticum trititrigia (AABBEE) and T. turgidum L. ssp.durum (AABB).
An additional objective was to develop durum-Th. elongatum E chromosome addition lines. Among 218
F2 plants, individuals with 2n = 28 accounted for 41.7%, those with 2n = 29 accounted for 18.3%, and the
remaining 40.0% had 2n = 31−42. Molecular marker analysis of the F2 monosomic addition plants with
2n=29 showed significant differences in transmission rate among Th. elongatum chromosomes.
Chromosome 1E had the highest transmission rates, while 3E and 6E had the lowest. Among F2 double
monosomic addition plants with 2n = 30, joint transmission were frequent between 1E, 4E, 7E and 5E; 6E
was less frequent in joint transmission with other chromosomes, while 2E and 3E never transmitted along
with other chromosomes. Among F3 plants derived from F2 monosomic addition plants, the transmission
rates of E chromosomes varied widely, from the minimum of 9.1% for 6E to the maximum of 27.5% for
1E, consistent with observations from F2 plants. A full set of durum-Th. elongatum 1E−7E monosomic
addition lines and several disomic addition lines were selected from F3 plants,and all monosomic addition
plants were fertile. These chromosome E addition lines will be useful intermediate materials for
developing substitution lines and translocation lines.
Keywords: Triricum trititrigia (6×); Triticum turgidum; Thinopyrum elongatum; transmission rate; chromosome-specific
molecular markers
硬粒小麦(Triticum turgidum L. ssp. durum, AABB)是栽培的四倍体小麦,是加工通心粉的优质专
用小麦。硬粒小麦富含赖氨酸和类胡萝卜素,具有较高的营养品质和加工品质,在欧洲许多国家及
美洲、北非和中东地区很受欢迎。我国硬粒小麦种植面积很小,但由于其特殊的营养价值,每年也
需进口一定数量的硬粒小麦以填补国内小麦市场需求的空缺[1]。小麦野生近缘种属植物蕴藏着丰富
的栽培小麦中缺少或丢失的优良基因资源,将这些有利性状导入栽培小麦,对小麦品种选育具有重
要意义[2]。多年来,已对许多小麦野生近缘物种优异基因转移到普通小麦进行了研究和利用[3],而
硬粒小麦由于种植面积较小,同时其四倍体特性使其接受外源染色体的缓冲性远没有六倍体小麦大,
限制了四倍体小麦背景中导入外源优异基因的研究进展[4]。
Jauhar 和 Peterson[5~7]将硬粒小麦与二倍体长穗偃麦草 [Thinopyrum elongatum (Host) A. Löve,
2n=2x=14, EE或EeEe]杂交,再用硬粒小麦回交,从其高代回交后代中选育出1E二体附加系DGE-1、
1E(1A)二体代换系 DGE-2 和 1E(1B)二体代换系 DGE-3,其中 DGE-1 和 DGE-2 对赤霉病有较好的
抗性。Forte 等[8]将来自十倍体长穗偃麦草[Th. ponticum (Host) D. R. Dewey, 2n=10x=70]的 7el1和 7el2
染色体的抗赤霉病基因转入硬粒小麦背景中,选育出几份重组材料,大大提高了其赤霉病抗性。
Kuzmanovic 等[9]通过染色体重组将十倍体长穗偃麦草的 7Ag(7el)染色体的抗锈病基因转入硬粒小
麦,增强其抗病性。
六倍体小偃麦(AABBEE, 2n=42)是硬粒小麦与四倍体长穗偃麦草(Th. elongatum, 2n=4x=28)杂
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交形成的异源六倍体,四倍体长穗偃麦草是含一个染色体组的同源四倍体[10~12]。该六倍体小偃麦生
长旺盛,结实率较好,籽粒饱满,高抗三锈、白粉病、赤霉病和根腐病[13]。普通小麦已经具备整套
的长穗偃麦草附加系和代换系,而目前在硬粒小麦中还没有整套的长穗偃麦草附加系和代换系。近
年来,对单条外源异染色体或易位染色体在小麦背景的传递研究较多,而由于小麦近缘野生种染色
体的识别问题,导致多条或整套外源异染色体在小麦背景中的传递研究很少。任正隆等[14]利用 C-
带研究了黑麦 1R~7R 染色体在小麦背景中的传递,表明 1R 传递率最高,6R、7R 最低。随着染色
体特异分子标记的开发,在小麦背景中研究不同外源异染色体的传递特征成为可能,这对于明确远
缘杂交后代异源染色体的传递和提高选择效率具有理论及实际意义。
本研究应用分子细胞遗传学方法对六倍体小偃麦与硬粒小麦的杂交后代进行分析,探讨硬粒小
麦背景中长穗偃麦草 E 染色体的传递特征,期望筛选到含有长穗偃麦草 E 组染色体的附加系,将来
源于 E 组染色体的优异基因导入硬粒小麦中,创制改良硬粒小麦新的遗传育种材料。
1 材料和方法
1.1 实验材料
六倍体小偃麦 8801 与硬粒小麦 Langdon 杂交 F1的自交 F2代种子,以及二倍体长穗偃麦草均由
加拿大农业部 Fedak 博士惠赠。本研究通过对 F2 群体单株进行染色体数检查并种植繁殖,所有的
F3植株来源于具有一至数条长穗偃麦草染色体的 F2单株。
1.2 染色体计数和标记鉴定
1.2.1根尖细胞染色体制片
种子铺放在垫有 2 层湿滤纸的培养皿中,置于 25℃恒温箱中发芽,待根长 1.5~2 cm 时,剪取
根尖,在 0℃冰水中预处理 22~24 h 后,用卡诺氏固定液(乙醇 :冰醋酸=3:1)固定,2~7 d 后在 45%
醋酸中进行根尖细胞染色体压片,相差显微镜下进行染色体计数,染色体分散良好的制片放入−70℃
冰箱中冷冻后揭去盖玻片,−20℃保存备用。
1.2.2分子标记分析
选择染色体数目 2n=29 以上的个体,参照 Sharp 等[15]的 SDS 法提取植物基因组 DNA,利用本
实验室多年来开发的长穗偃麦草 1E~7E 染色体特异标记进行鉴定[16~20],这些标记均可以用来追踪
杂交后代中的单条长穗偃麦草染色体(表 1)。扩增反应体系的总体积为 25 μL,包括模板 DNA 1.0 μL,
1×PCR 缓冲液 2.5 μL,10 μmol/L 引物各 1.0 μL,2.5 mmol/L dNTP 2.5 μL, 5U μL-1 Taq 酶(TaKaRa)
0.3 μL 和 ddH2O 18.7 μL。PCR 反应程序为 94℃预变性 5 min;94℃变性 45 s,50~60℃复性 45 s,
72℃延伸 1 min, 32 个循环;72℃终延伸 10 min,4℃保存。用 1%琼脂糖凝胶电泳检测扩增产物,
放置凝胶成像系统下照相。




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表 1 用于鉴定长穗偃麦草染色体的分子标记
Table 1 Molecular markers used to identify the chromosomes of Th. elongatum
标记名称 标记类型 检测的 E 染色体 参考文献
P1E_No.5 SLAF 1E [18]
Z34-1E200 SCAR 1E [16]
SM2E_1480、SM2E_3225 TRAP 2E [19]
SM3E_1195 TRAP 3E [19]
Z8-4E374、SM4E-1580 SCAR 4E [16]
MEG-5385 SSH 5E [17]
SM5E-1304 SCAR 5E [19]
Z17-6E199 SCAR 6E [16]
SM6E-1365 TRAP 6E [19]
N29-7E329 SCAR 7E [16]
P7E_No.1 SLAF 7E [20]

1.3 基因组原位杂交检测
采用 SDS法提取二倍体长穗偃麦草和硬粒小麦 Langdon总基因组DNA,经过RNaseA处理后,
紫外检测其纯度与浓度。将硬粒小麦基因组 DNA 在沸水中煮 60 min 打断 DNA,然后用 1%琼脂糖
凝胶电泳检测,DNA 片段大小主要集中在 200~500 bp,即可用来作为封阻。采用缺口平移法对二
倍体长穗偃麦草基因组 DNA (Fluorescein-12-dUTP)进行标记。参照 Zhang 等[21]的方法进行 GISH 分
析,硬粒小麦基因组 DNA 为封阻,杂交时探针与封阻 DNA 的比例为 1:200。杂交洗涤后,每张载
玻片加 10 μL PI(含抗褪变剂)复染,盖上盖玻片。在 Nikon(Ni-U)荧光显微镜下用 FITC 滤光片进行
观察,在 465~495 nm 激发光波长下,长穗偃麦草染色体呈绿色,硬粒小麦染色体呈红色。用尼康
DS-U3数码相机摄取 GISH 图像。
2 结果与分析
2.1 F2群体的染色体数目变异
在 F2群体中染色体计数清楚的为 218 株,染色体数目的分布范围为 28~42 条(表 2)。其中,2n=28
的单株所占比例最大,为 41.7%,这说明从 F1 到 F2,很大一部分含有长穗偃麦草染色体的配子未
能参与受精,而在世代交替中丢失了;其次是 2n=29 和 2n=30 的单株,各占 18.3%和 8.7%,表明
附加 1 条 E 染色体的雌雄配子具有一定的生活力,能够传递后代。有 28.0%的植株为 2n=31~35 条
染色体,而 2n=36~42 条染色体的植株出现频率较低(图 1)。表明附加多条 E 染色体的雌雄配子的生
活力较弱,传递后代困难。群体中出现较高频率的白化苗,在 218 株 F2 代中白化苗为 33 株,占
15.1%。白化苗单株的染色体分布范围为 28~34 条,以 2n=28 单株居多,其白化苗的原因还需进一
步研究。
表 2 F2群体单株染色体数目分布频率
Table 2 Frequency distribution of chromosome number of plants in F2 population


染色体数目
28 29 30 31 32 33 34 35 36~38 39~42 合计
检测 F2单株数 91 40 19 18 16 8 12 7 5 2 218
频率(%) 41.7 18.3 8.7 8.3 7.3 3.7 5.5 3.2 2.3 1.0 100
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图 1 F2群体部分单株的根尖细胞有丝分裂中期染色体
Fig.1 Chromosomes at mitotic metaphase of partial plants in F2
A、B、C、D染色体数目(2n)分别为:29、30、33、40。

2.2 F2群体单株标记分析
利用已开发的长穗偃麦草基因组标记和 1E~7E 染色体特异标记分别对已经进行染色体数目检
查并存活的 160 个染色体数目不同的 F2单株进行 PCR 扩增,这些标记均可以在 F2单株中扩增出 E
染色体特异条带,图 2 列出部分单株的不同 E 染色体扩增结果。在 2n=28 染色体的 59 株中,共检
测到 9 株含有长穗偃麦草基因组标记扩增条带,说明这些单株可能为 E 染色体代换系或发生了 E
组染色体与小麦染色体间在 DNA 水平上的渐渗。在染色体数目为 29 条和 30 条的植株中,均检测
到 1E~7E 不同特异标记的扩增。F2群体中含 1E 染色体附加单株比例最高,含 4E、2E、7E、5E 染
色体附加单株比例相对较低,含 3E 和 6E 染色体附加单株比例最低。表明 1E 染色体传递率最高,
而 3E 和 6E 传递率最低(表 3)。其中 1E、4E、5E、7E 染色体均可参与不同的相互组合传递,未检
测到 2E、3E 染色体参与组合传递的附加单株。在 2n=31 染色体的多重附加植株中,1E~7E 染色体
均有涉及,如 1E、4E、7E;2E、3E、6E 和 4E、5E、7E 组合的多重附加等,在含有 3 条染色体的
多重附加中,检测到了 2E 和 3E 染色体参与组合传递的植株,但 3E 染色体仅出现在组合 2E、3E、
6E 多重附加中,这可能是由于 3E 染色体在硬粒小麦背景传递率低,不易参与组合传递。




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图 2 1E~7E 染色体特异标记在部分 F2代 2n=29~35 单株的 PCR 扩增结果
Fig.2 Amplification profile of Th. elongatum 1E−7E chromosome specific markers for partial 2n=29−35
addition plants in F2
M: DL2000; 1: Langdon; 2: 8801; 3~17: 8801×Langdon的F2代部分单株(2n=29~35)。

表 3 F2群体中 2n=29 和 2n=30 单株附加不同 E 染色体的比例
Table 3 The ratio of different chromosomes E for 2n=29 and 2n=30 addition plants in F2
附加染色体 (2n=29) 植株数 所占比例(%) 附加染色体(2n=30) 植株数 所占比例(%)
1E 6 23.1 1E 1 7.1
2E 4 15.4 1E、4E 2 14.3
3E 2 7.7 1E、7E 3 21.4
4E 5 19.2 4E、7E 3 21.4
5E 3 11.5 4E、5E 2 14.3
6E 2 7.7 5E、7E 2 14.3
7E 4 15.4 5E、6E 1 7.1

2.3 不同 E 染色体从 F2到 F3的传递及单株标记分析
对含有 29~30 条染色体的 F2单株自交后代 F3植株进行染色体计数,可了解不同 E 染色体在硬
粒小麦背景中从 F2到 F3代的传递特征。第一类 F3植株来自 2n=29 的 F2单株,核型为 AABB+1′E,
单条外源染色体分别为 1E~7E(表 4)。 F3代共考察 283株,其中染色体数继续保持 2n=29,涉及 1E~7E
染色体的单体附加植株所占比例平均为 16.5%;2n=30 植株中涉及 1E、2E、5E 和 7E 染色体的二体
附加比例平均为 3.4%;未筛选到涉及 3E、4E 和 6E 染色体的二体附加植株。 F3代中的 1E~7E 单
体附加植株比例范围为 9.1%~20.7%,1E 染色体传递率与 6E 间差异明显,1E 传递率最高,6E 最低,
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可见不同 E 染色体在自交后代中通过雌雄配子的传递率不相同。总体来说, 1E、2E、4E、7E 染
色体从 F2代到 F3代的传递中,依然有较高的传递率;而 6E 染色体的传递率仍然最低。

表 4 2n=29 的 F2单株自交后代 F3中含有长穗偃麦草染色体植株的频率
Table 4 Frequency distribution of F3 plants containing different Th. elongatum chromosome from
the selfed monosomic addition plants 2n=29
F2单体附加株 F3分析株数
所占比例(%)
28 29 30
28+1′1E 40 72.5 20 7.5
28+1′2E 48 73 18.7 8.3
28+1′3E 36 83.6 16.4 0
28+1′4E 58 79.3 20.7 0
28+1′5E 47 87.3 10.6 2.1
28+1′6E 22 90.9 9.1 0
28+1′7E 35 74.3 20 5.7
合计 283 80.1 16.5 3.4

第二类 F3植株来自 2n=30 的双单体 F2单株,具有核型 AABB+2′E。2′E 染色体主要由 1E、2E、
4E、5E 和 7E 染色体相互组合,因 F2代中筛选到涉及 2E、3E 或 6E 的组合单株很少,结实率差,
未对其进行考察。对 2n=30 单株自交的 F3群体进行染色体数检查和标记 PCR 鉴定,该群体各单株
染色体组成的复杂性(二体,双单体等)将导致 PCR 扩增的复杂性,难以说明 E 染色体的传递率。现
仅对染色体 2n=28~29 的植株进行统计,结果表明,1E、4E、7E 染色体传递率较高,并易于从组合
单株中分离出来,而 5E 染色体传递率较低(表 5)。应用染色体特异标记 Z8-4E374和 N29-7E329对 4E、
7E 双单体附加株自交后代 20 个单株进行 PCR 扩增,结果表明共有 4 种植株类型:3 株 4E 单体附
加(10、13、18 泳道)、5 株 7E 单体附加(7、11、16、19、22 泳道)、3 株 4E、7E 双单体附加(4、5、
20 泳道)和不含 4E、7E 单株 9 个(图 3)。

表 5 2n=30 的双单体 F2单株自交后代 F3中含有单条长穗偃麦草染色体植株的频率
Table 5 Frequency distribution of F3 plants containing different Th. elongatum chromosome from
the selfed double monosomic addition plants 2n=30
F2植株双单体附加 F3分析株数
所占比例(%)
28 29(1E) 29(4E) 29(5E) 29(7E)
28+1′1E+1′4E 25 68.0 8.0 8.0 - -
28+1′1E+1′7E 21 71.4 14.3 - - 9.5
28+1′4E+1′5E 28 75.0 - 10.7 5.0 -
28+1′4E+1′7E 42 66.7 - 9.5 - 14.3
28+1′5E+1′7E 20 75.0 - - 5.0 15.0


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图 3 染色体特异标记 Z8-4E374和 N29-7E329在 4E、7E 双单体附加系(2n=30)自交后代 F3部分单株的
PCR 扩增结果
Fig.3 Amplified product of Z8-4E374 and N29-7E329 chromosome specific markers in partial F3 addition
plants from the selfed 4E and 7E double monosomic addition plant(2n=30)
M: DL2000; 1: Langdon; 2: 8801; 3: 4E、7E双单体附加F2单株; 4~23: 4E、7E双单体附加单株自交后代F3的部分植株。
箭头所示为E染色体特异条带。

2.4 基因组原位杂交检测
从六倍体小偃麦 8801 与硬粒小麦杂种自交后代 F3和 F4中,通过分子标记筛选出分别涉及附加
长穗偃麦草 1E~7E 染色体的单株,选择体细胞计数为 2n=28~31 的部分单株进行基因组原位杂交。
以二倍体长穗偃麦草基因组为探针 DNA 和硬粒小麦 Langdon 基因组 DNA 为封阻的 GISH 分析,有
杂交信号的染色体呈绿色(或黄绿色)信号,为长穗偃麦草染色体;无杂交信号的染色体呈红色,为
硬粒小麦染色体。结合上述分子标记的追踪,从 F3 中共鉴定出涉及长穗偃麦草 1E~7E 染色体的单
体附加及部分 E 染色体的二体附加植株。图 4 给出部分植株根尖染色体原位杂交结果,分别为单株
F1-7-16-3(2n=31)含 3 条外源染色体,为 1E、4E、7E 多重附加;F1-3-10-9(2n=30)为 2E 二体附加;
F1-3-15-3(2n=29)为 3E 单体附加;F1-1-11-2(2n=29)为 4E 单体附加。
















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图 4 F3代单株根尖细胞有丝分裂中期染色体的 GISH
Fig.4 GISH analysis of root tip cell at mitotic metaphase of F3 plants
A: F1-7-16-3; B: F1-3-10-9; C: F1-3-15-3; D: F1-1-11-2。硬粒小麦染色体呈红色,长穗偃麦草E染色体呈黄绿色,箭头
示E染色体。
2.5 不同 E 染色体附加单株的农艺性状
六倍体小偃麦 8801 与硬粒小麦 Langdon 杂交的后代中,筛选出涉及不同 E 染色体的附加,有
些单株穗型接近于硬粒小麦,株高较 8801 降低,籽粒较饱满,小穗排列紧密,分蘖多,并表现出
一定的抗病性,这些株系对硬粒小麦的遗传改良具有一定的意义(表 6)。但是这些株系因为是异源
染色体附加的早代植株,还存在性状分离,结实率不高,并且单体附加的外源染色体丢失较快,还
需要进一步用硬粒小麦进行回交,并结合农艺性状考察,从后代选育性状优良,细胞学稳定的二体
附加系。








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表 6 F3代单体附加植株主要农艺性状的特征
Table 6 The main agronomic traits of different monosomic addition plants of Th. elongatum chromosomes
in T. turgidum
单体附加 调查株数 分蘖数 株高(cm) 穗长(cm) 穗型 结实率(%) 籽粒饱满度
1E 3 11.3 107.1 8.7 中间型 43.5 中等
2E 3 6.0 101.5 8.5 中间型 47.2 中等
3E 2 11.5 114.5 8.4 偏 Langdon 40.1 中等
4E 4 10.3 112.2 9.9 偏 Langdon 49.8 中等
5E 3 8.7 111.0 8.6 偏 Langdon 34.9 中等
6E 2 7.5 98.0 6.8 中间型 28.3 不饱满
7E 3 8.0 123.0 10.7 偏 Langdon 68.8 中等
8801 5 12.8 162.8 13.6 松散 87.2 饱满
Langdon 5 10.5 156.5 8.9 紧凑 91.2 饱满

3 讨论
3.1 硬粒小麦-长穗偃麦草附加系的创制与选育
培育导入相关亲缘物种染色体或染色体片段的硬粒小麦附加系、端体、代换系和易位系,利用
硬粒小麦-亲缘物种杂种 F1 或双二倍体作母本与硬粒小麦回交是一个有效途径
[22]。Dhaliwal 等[23]
从硬粒小麦-方穗山羊草双二倍体与硬粒小麦回交后代中,选育出硬粒小麦-方穗山羊草 D 基因组
的单体附加系和易位系。利用染色体特异分子标记可以追踪小麦背景中具体的基因组或染色体,对
不同杂交世代可以进行快速检测所导入的目标染色体,提高了选择效率和准确性。本研究利用定位
于长穗偃麦草 1E~7E 染色体上的特异分子标记,对(8801×Langdon)自交后代 F2和 F3代单株进行初
步检测,然后进行基因组原位杂交验证,大大减少了工作量,增加了选育附加系的准确性,选育的
硬粒小麦-长穗偃麦草的二体附加系、单体附加系等为代换系,易位系创制提供了宝贵的中间材料。
因此,开发更多的覆盖不同染色体及染色体不同区段的特异标记,对研究外源染色体与硬粒小麦染
色体的部分同源关系和外源有益基因向硬粒小麦中的转移将具有重要的意义。
3.2 长穗偃麦草染色体的遗传稳定性
在硬粒小麦背景中研究外源染色体的遗传和传递规律,会有效促进外源基因向四倍体小麦中的
有效转移。在将抗秆锈基因由长穗偃麦草和黑麦转移到硬粒小麦背景上的研究表明[24],易位染色体
都不是通过雄配子进行正常传递的。在硬粒小麦-方穗山羊草单体附加系后代中[23,25],不同方穗山
羊草染色体通过雌配子的传递率范围为 5.6%~22.7%,通过雄配子传递率平均为 1.8%。本文将分子
标记与细胞学方法相结合,探讨长穗偃麦草染色体在硬粒小麦背景中不同自交世代的传递特征。从
F1到 F2, 1E 传递率最高,与 3E 和 6E 染色体间存在明显差异。从 F2到 F3,1E~7E 单体附加系自
交后代中 1E 传递率最高,为 27.5%,6E 传递率最低,为 9.1%。该结果与任正隆[14]利用 C 带研究
黑麦染色体在普通小麦背景中的传递有类似现象,1R 和 1E 最高,6R 和 6E 最低,即部分同源群
的染色体传递一致;然而 7R 与 7E 传递率却不一致。符书兰等[26]以重复序列 pAS1 和 pSC119.2 为
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探针对小黑麦×小麦的 F5 代植株进行荧光原位杂交分析,表明 1R 附加系所占比例最高,同时 4R
染色体也有较高传递率。因此,导致不同外源染色体传递率差异的原因还有待研究。硬粒小麦背景
中发生上述差异的原因可能是雌雄配子形成时不同 E 染色体单价体在减数分裂过程中丢失程度不
同,或外源染色体附加的负效应而导致配子间的受精竞争。在含有两条 E 染色体单株(2n=30)中,
1E、4E、7E 和 5E 染色体易于组合传递,6E 参与组合较少,未检测到 2E 和 3E 染色体参与的组合。
在多重附加系中,1E~7E 染色体均有涉及,而 3E 染色体易与 2E 和 6E 染色体出现在同一单株中。
造成不同组合单株比例不同的原因可能还会受到具有不同核型的雌雄配子或受精卵在发育过程中
夭亡的影响,这还需要通过减数分裂期的外源染色体行为观察来进一步研究。
由于长穗偃麦草 1E 和 7E 染色体携有抗赤霉病基因,硬粒小麦背景的 1E 染色体的附加系和代
换系已有研究[5, 6]。Jauhar 等[7]报道的抗赤霉病硬粒小麦-长穗偃麦草 1E 二体附加系 DGE-1 育性为
70%~75%,1E 染色体并不能很稳定遗传,有 5%的种子含有 29 或者 28 条染色体。本研究利用分子
细胞遗传学方法从(8801×Langdon)自交后代 F3中筛选 1E~7E 染色体附加植株,获得 2n=29 附加单
条 E 染色体单株比例为 9.1%~20.7%;获得 2n=30 二体附加的频率平均为 3.4%,所获得的 5E 二体
附加存在育性差和籽粒瘪等问题。Blanco 等[27]报道 6 个硬粒小麦-簇毛麦单体附加株自交后代中,
单条簇毛麦染色体传递率变化范围约为 7.5%~27.7%,获得二体附加的植株频率平均为 2.3%,外源
染色体丢失严重。表明含有额外染色体的 n+1 雌雄配子在受精过程中受精率低,单体附加株后代中
难以获得二体附加,即使获得二体附加,也由于四倍体染色体组接受外源染色体的缓冲性低,加上
容纳外源染色体进入受体核中并保持稳定要有一个基因组重排的过程,其育性和外源染色体的保持
可能仍然是一个问题。为了获得相对稳定和育性好的二体附加系,可能还需要将其早代附加材料不
断地与亲本 Langdon 回交,从高代回交后代中筛选,或者尝试从附加双单体或多重单体附加系自交
后代选育稳定的二体附加系。
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(责任编委: 夏先春)