普通小麦-滨麦衍生后代的分子细胞遗传学分析及分子标记开发

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滨麦(Leymus mollis(Trin.)Pilger,Ns Ns Xm Xm,2n=28)是赖草属的一种多年生异源四倍体草本植物,具有大穗多花、多小穗、茎秆粗壮等特点,并且对小麦条锈病等真菌病害表现高抗或免疫,是小麦遗传改良的重要基因资源。滨麦中的优异基因可利用远缘杂交和染色体工程将其转移到小麦遗传背景中,提高遗传多样性。本研究结合细胞学观察、原位杂交(GISH/FISH)、SNP芯片检测、分子标记(EST和PLUG)分析、农艺性状及条锈病抗性评估等对小麦-滨麦衍生材料开展分子细胞遗传学鉴定,期望为小麦遗传改良提供中间材料。其次,本研究基于简化基因组测序(SLAF-seq)开发了滨麦的特异分子标记,加快滨麦遗传物质的追踪和检测,同时为滨麦优异基因的挖掘利用奠定基础。主要研究结果如下:(1)小麦-滨麦二体异代换系17DM48的分子细胞遗传学鉴定及标记开发细胞学结果显示,17DM48根尖体细胞含有42条染色体,花粉母细胞减数分裂中期I染色体组型为2n=21II,且在后期I均等分离。GISH和FISH结果显示17DM48中含有40条普通小麦染色体以及2条滨麦Ns染色体,缺少一对2D染色体。分子标记分析发现,位于第二部分同源群的3个EST标记及3个PLUG标记在17DM48中扩增出滨麦特异性条带。小麦55K SNP芯片分析发现,在2D染色体上,17DM48和亲本7182具有相同SNP的比例最低,而与华山新麦草具有相同SNP的比例最高,表明17DM48中的2D染色体被滨麦2Ns染色体所代换。17DM48在成株期表现为高抗条锈病,同时具有穗分枝特性。其穗长、小花数、小穗数相比于所有亲本均显著提高,且千粒重、粒长和粒宽较亲本7182均显著增加。基于简化基因组测序(SLAF-seq)开发了13个滨麦2Ns染色体特异PCR标记,其在滨麦和17DM48均扩增出特异性条带。因此,17DM48是一个普通小麦-滨麦2Ns(2D)二体异代换系,可作为小麦抗条锈病和产量相关性状遗传改良的重要遗传材料,同时开发的2Ns染色体特异分子标记可以加快外源遗传物质的追踪以及优异基因的利用。(2)小麦-滨麦衍生材料M11006A后代的分子细胞遗传学分析细胞学及原位杂交结果显示,M11006A衍生后代中,M11006A1和M11006A2染色体数均为42条且无外源染色体;M11006A3含有外源易位染色体,但包含三种类型:(ⅰ)2n=43=42T.a+1T.a-L.m;(ⅱ)2n=43=41T.a+2T.a-L.m;(ⅲ)2n=44=42T.a+2T.a-L.m。其中,类型(ⅲ)包含40条普通小麦染色体,一对4BL罗伯逊易位染色体和一对滨麦的Ns L易位染色体,进一步表示为2n=44=40T.a+2(4BL·4BL)+2(4BS·1Ns L)。分子标记分析显示,分布于第一部分同源群的3个EST标记及4个PLUG标记在M11006A3扩增出滨麦特异条带,即M11006A3中含有滨麦的1Ns L易位染色体。农艺性状评价表明,相比于亲本7182,M11006A1株高无明显变化,而M11006A2和M11006A3株高均显著降低。条锈病抗性鉴定表明,M11006A1表现为高感(IT=4),而M11006A2和M11006A3均表现为高抗(IT=1)。因此,M11006A3是一个普通小麦-滨麦T4BS·1Ns L易位材料,其株高显著降低且对条锈病表现为高抗水平,其为小麦条锈病抗性改良及抗病基因挖掘提供了重要的种质和遗传材料。
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