【摘要】：中間偃麥草(Thinopyrum intermedium,StStJ~sJ~sJJ,2n=42)是小麥野生近緣物種之一,原產(chǎn)于歐洲和西亞。中間偃麥草生長環(huán)境復(fù)雜多樣,在長期進(jìn)化過程中形成了豐富的形態(tài)變異,蘊(yùn)含著大量逆境適應(yīng)性基因,為小麥栽培品種的改良提供了豐富的高產(chǎn)、抗病、抗逆性基因資源。這些優(yōu)異的基因資源只有導(dǎo)入到小麥背景中才能發(fā)揮出潛在的應(yīng)用價值。開展小麥與中間偃麥草的遠(yuǎn)緣雜交,培育小麥-中間偃麥草部分雙二倍體,進(jìn)一步與栽培小麥品種回交,選育小麥-中間偃麥草衍生系,對偃麥草優(yōu)異基因可持續(xù)利用具有重要的意義。在本研究中,我們從中國春(CS)與小麥-中間偃麥草部分雙二倍體中2和中5雜交的BC_1F_6世代中,分別獲得了中國春-中間偃麥草附加系Hy36和Hy37。我們利用新開發(fā)的中間偃麥草染色體組特異性的寡核苷酸探針,使用連續(xù)的非變性熒光原位雜交(ND-FISH)和分子標(biāo)記等技術(shù),系統(tǒng)分析了中間偃麥草、小麥與中間偃麥草部分雙二倍體和兩個新型小麥-中間偃麥草附加系等材料。運(yùn)用這些技術(shù)準(zhǔn)確地鑒定了中間偃麥草、小麥-中間偃麥草部分雙二倍體和小麥-中間偃麥草附加系Hy36和Hy37的染色體組成。其次,我們利用這些材料克隆了源于中間偃麥草的硬度基因,并進(jìn)行了分子系統(tǒng)進(jìn)化分析。最后,我們還調(diào)查了兩個衍生系的田間性狀和籽粒品質(zhì)表現(xiàn)。研究結(jié)果如下:(1)開發(fā)了新的特異性中間偃麥草寡核苷酸探針,運(yùn)用連續(xù)ND-FISH技術(shù),對六倍體中間偃麥草,小麥-中間偃麥草部分雙二倍體中5、中2,附加系材料Hy36和Hy37的核型進(jìn)行鑒定。我們發(fā)現(xiàn)中5(2n=56)含有14條中間偃麥草染色體,6條St、2條J~s和6條St-J~s易位染色體。中2(2n=54)包含42條小麥染色體和12條中間偃麥草染色體,分別為6條J~s染色體,2條St染色體,和4條St-J~s重組染色體。Hy36附加了1對偃麥草J~s-St易位染色體,Hy37附加了1對偃麥草J-St易位染色體。本研究利用多探針雜交中間偃麥草同一染色體,構(gòu)建了中間偃麥草染色體的精細(xì)原位雜交核型,為后續(xù)中間偃麥草基因組的遺傳、進(jìn)化和育種應(yīng)用研究奠定了基礎(chǔ)。(2)基于90K SNP芯片、PLUG(PCR-based landmark unique gene)分子標(biāo)記、IT(Intron targeting)分子標(biāo)記和非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳分析,我們進(jìn)一步確定了Hy36和Hy37附加染色體的基因組組成和同源群歸屬。發(fā)現(xiàn)Hy36和Hy37附加的染色體分別為5J~sS.3StS和5JS.3StS。(3)硬度基因Pina的克隆和測序。我們同源克隆了源于中間偃麥草的特異硬度基因Pina的全長序列,將該基因定位于Hy36所附加的重排染色體5J~s短臂上其蛋白序列的保守區(qū)間段色氨酸富集區(qū)(WRWWKWWK)位于第2個和第3個半胱氨酸殘基之間。首次從偃麥草Pina蛋白序列中發(fā)現(xiàn)第70位氨基酸殘基上發(fā)生了替換(精氨酸替換了賴氨酸)。(4)農(nóng)藝性狀觀察與籽粒品質(zhì)檢測,通過田間試驗(yàn),測定了Hy36、Hy37和CS的農(nóng)藝性狀。與Hy37相比,Hy36系列材料穗長較短但是每穗的小穗數(shù)更多,籽粒更長。與CS相比,Hy36和Hy37的株高和單株分蘗數(shù)都顯著降低。使用近紅外光譜儀DA7250測得有關(guān)品質(zhì)的多項(xiàng)指標(biāo),發(fā)現(xiàn)Hy36在種子硬度參數(shù)上顯示了較低的數(shù)值,說明中間偃麥草特異Pina基因在小麥背景中能明顯降低小麥種子硬度。此外,Hy36和Hy37的籽粒蛋白質(zhì)含量顯著高于CS,表明中間偃麥草的優(yōu)異基因資源可用于小麥品質(zhì)改良。通過分子細(xì)胞遺傳學(xué)分析,我們準(zhǔn)確鑒定了兩個新型小麥-中間偃麥草衍生系,揭示了小麥-中間偃麥草雜交后代中頻繁存在的染色體重排事件,有助于理解中間偃麥草St、J和J~s基因組間的進(jìn)化研究關(guān)系。這些新鑒定的小麥-中間偃麥草衍生系能夠增加小麥遺傳資源的多樣性,對小麥育種研究有重要的應(yīng)用價值。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S512.1;Q78
【圖文】：

我們構(gòu)建了一個新的中間偃麥草核型圖（圖3-1, (e)）。探針 Oligo-pTa71 和 Oligo-5SrDNA 分別代表 18S-5.8-45S rDNA 和 5SrDNA，主要雜交信號位于 1 同源群和 5 同源群染色體上�；谶@兩個同源染色體臂比的差異，能夠確定中間偃麥草中 1J、5J、5Js、5St 和 1St 的染色體核型圖（圖3-1）。3.2 中 5 和中 2 核型的精細(xì)鑒定小麥-中間偃麥草部分雙二倍體中 5 擁有 56 條染色體，利用多種探針Oligo-B11、Oligo-pDb12H、Oligo-pSc119.2、Oligo-pTa535、Oligo-pTa71、Oligo-3A1和 Oligo-(GAA)7對其做進(jìn)一步的細(xì)胞學(xué)分析（圖 3-2, (a-e)）。由圖 3-2 (a)我們能夠明顯地看出中 5 的 14 條外源染色體，其中有 8 條染色體具有 Oligo-pDb12H 信號。在這 8 條染色體中，有 2 條染色體長短臂上均具有 Oligo-pDb12H 信號，屬于完整的 Js基因組染色體，其余 6 條染色體只有一端臂上具有 Oligo-pDb12H 信號

運(yùn)用至少 8 個 ND-FISH 探針去鑒定中 2（2n=54）中的中間偃麥草染色體（圖3-2, (f-j)）。中 2 含有 6 對中間偃麥草染色體，原位雜交核型圖如圖 3-2 (f)所示。一對 Js的短臂末端上有強(qiáng) Oligo-pSc119.2 和 Oligo-pSt122 探針信號，這對染色體是重組的 4Js染色體[43]。一對未確定的 Js染色體被標(biāo)注為 F，其余的 4 對染色體分別與中 5 的 B、C、7Js和 1St/Js染色體一致。中 2 的 B、C 染色體的 Oligo-pSt122 探針信號與中 5 的 B、C 染色體存在差異，可能是由于在不同的傳遞背景下染色體發(fā)生了重排。因此，中 2（2n=54）包含 42 條小麥染色體和 12 條中間偃麥草染色體，分別為 6 條 Js染色體，2 條 St 染色體，和 4 條 St-Js重組染色體（圖 3-2,(j)）。圖 3-2 中 5 (a-e) 和中 2 (f-j) 的多探針連續(xù)的 ND-FISH 結(jié)果。探針分別是 Oligo-B11（綠色）+ Oligo-pDb12H（紅色）(a, f)

第三章 結(jié)果與分析3.3 Hy36 和 Hy37 的非變性原位雜交分析利用探針 Oligo-B11 和 Oligo-pDb12H 通過 ND-FISH 鑒定小麥-中間偃麥草衍生系 Hy36 和 Hy37 處于有絲分裂中期細(xì)胞的染色體（圖 3-3）。Hy36 和 Hy37 都含有 44 條染色體，都附加了一對中間偃麥草染色體，Hy36 材料中外源染色體的短臂和長臂分別雜交 Oligo-pDb12H 信號和 Oligo-B11 信號（圖 3-3, (a-d)）；Hy37材料中外源染色體一條臂含有豐富的 Oligo-B11 雜交信號而另一條臂的 Oligo-B11信號集中在亞端部區(qū)域（圖 3-3, (e-h)），可知 Hy36 附加了一對 Js-St 易位染色體，Hy37 附加了一對 J-St 易位染色體。與小麥 3B 染色體的長度（8.0 μm）相比較，Hy36 材料中的偃麥草染色體平均長度為 5.0 μm，Hy37 材料中的偃麥草染色體平均長度為 4.6 μm。利用探針 Oligo-pSc119.2 和 Oligo-pTa535 對 Hy36 和 Hy37 材料進(jìn)行 FISH 分析，發(fā)現(xiàn)其附加的中間偃麥草染色體的長臂上都有弱 Oligo-pSc119.2信號，但在 Hy37 材料中能夠觀察到中間偃麥草染色體短臂有一個清晰的核仁區(qū)（圖 3-3, (i, j)）。Oligo-5SrDNA 探針的 FISH 雜交信號位于 Hy36 和 Hy37 材料中

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

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本文編號：2744254