黑麥1R染色體的遺傳多樣性及其在小麥基因組內(nèi)的表達(dá).pdf

1、小麥(Triticum aestivumL．)是世界上最重要的植物種之一，迄今已有8000年以上的栽培歷史，在人類文明和文化的發(fā)展中起過決定性的作用。同時，小麥也是一個年輕的異源六倍體植物種，因此是物種進(jìn)化和基因組結(jié)構(gòu)探索中最常用的研究材料。由于小麥所含的3個染色體組分別來自不同的物種，使得小麥的基因組在本身的進(jìn)化及對外源基因的接受上均具有較強(qiáng)的能力。上世紀(jì)70年代以來，來源于德國的小麥材料“牛朱特”所衍生的小麥一黑麥1RS．1BL易位

2、染色體的出現(xiàn)，不僅為小麥物種進(jìn)化和基因組結(jié)構(gòu)的研究提供了新材料，還使世界小麥的產(chǎn)量潛力增加了約5％，為人類作出了巨大的貢獻(xiàn)。在世界的小麥主產(chǎn)區(qū)，大量的現(xiàn)有小麥栽培品種含有這條易位染色體。但是，近年來，由于條銹病和自粉病生理小種的變異，使定位于該易位染色體的1RS染色體臂上的抗條銹病基因Yr9和抗白粉病基因Pm8喪失了抗性，對世界小麥生產(chǎn)造成了巨大的威脅。這樣就產(chǎn)生了下列的重要問題：第一、1RS．1BL易位在小麥物種進(jìn)化中是否還有意義?因

3、為它的抗病性的喪失，注定它將在小麥基因組中逐漸被淘汰；第二、通過什么方法可以解決1RS．1BL易位的遺傳單一性造成的惡果?為了回答上述問題，本文對黑麥的遺傳多樣性和不同來源的1RS．1BL易位染色體進(jìn)行了研究，獲得了下列的創(chuàng)新性的研究結(jié)果： 1、為了發(fā)掘黑麥屬種質(zhì)資源的多樣性，為小麥進(jìn)一步利用外源基因的育種提供分子依據(jù)，本文采用簡單重復(fù)序列間區(qū)標(biāo)記技術(shù)(ISSR)對黑麥屬(Secalecereale L．)5個種13個亞種共23

4、份材料進(jìn)行了遺傳多樣性檢測。結(jié)果表明，被測材料間ISSR標(biāo)記多態(tài)性較高。在100條ISSR引物中，有12個引物可擴(kuò)增出清晰且具多態(tài)性的條帶，12個引物共擴(kuò)增出850條帶，其中804條帶(占94.5％)具有多態(tài)性，每個引物可擴(kuò)增出14-121條多態(tài)性帶，平均70.8條，ISSR標(biāo)記遺傳相似性系數(shù)變異范圍為0.4.810-0.8734。聚類分析表明，23份材料可聚為3類。實(shí)驗(yàn)顯示，無論是不同黑麥種、亞種，還是相同的黑麥亞種中的不同品種之間，

5、乃至于同一黑麥品種之間，都具有較高的多態(tài)性，體現(xiàn)了黑麥屬植物間較高的種質(zhì)資源遺傳多樣性，為解決現(xiàn)存的1RS．1BL的遺傳單一性問題提供了遺傳學(xué)基礎(chǔ)。 2、本實(shí)驗(yàn)對不同來源的新1RS．1BL易位系R14進(jìn)行了研究。C—帶和GISH分析確證R14是一個新的1RS．1BL易位系，它和世界上廣泛使用的來源于德國小麥“牛朱特”的1RS．1BL易位有不同的起源。在新易位系R14的1RS染色體臂上，本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了2個不同的新的抗條銹病和白粉病基

6、因，它們表現(xiàn)了與位于“老”1RS．1BL易位染色體上的Yr9與Pr08不同的抗病譜。在含Yr9和Pm8的小麥材料嚴(yán)重感病的情況下，它們對條銹病或白粉病的新毒性生理小種保持了高度的抗性。遺傳分析證明，這兩個新基因可能是Yr9和Pm8的等位基因或者緊密連鎖的新位點(diǎn)，它們被分別命名為YrCn17和．PmCn17。這一結(jié)果證明了黑麥1RS染色體臂上抗病基因的遺傳多樣性，同時說明了進(jìn)一步開發(fā)黑麥種質(zhì)資源抗病基因多樣性，是成功解決當(dāng)前世界上1RS．

7、1BL易位抗病性喪失的有效途徑。 3、延綠(stay green)是近年來發(fā)現(xiàn)的植物的重要新性狀。由于它與細(xì)胞程序化凋亡、光合作用遺傳控制、以及產(chǎn)量能力等重要研究領(lǐng)域有密切的關(guān)系，而在世界上受到廣泛的關(guān)注。為了研究小麥延綠特性產(chǎn)生的遺傳基礎(chǔ)，本實(shí)驗(yàn)利用延綠型小麥新品種川農(nóng)17和野生型小麥品種綿陽11雜交。利用C—帶及A-PAGE技術(shù)對川農(nóng)17和綿陽11雜交的43個F6代株系進(jìn)行了鑒定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)17個延綠株系均含有1RS．1BL易

8、位染色體，有8個含1RS．1BL易位染色體的植株不表現(xiàn)延綠特性，18個含一對1B染色體的株系則均不表現(xiàn)延綠特性，說明1RS．1BL的存在是表現(xiàn)延綠的必要條件。相關(guān)分析指出，延綠現(xiàn)象與1RS．1BL易位的存在之間有極顯著的正相關(guān)關(guān)系(r=0.6861，P＜0.001)。這一結(jié)果證明，小麥開花后的延綠特性是由1RS．1BL易位染色體上的基因和小麥背景基因相互作用控制的，指出川農(nóng)17的1RS．1BL染色體上存在著至少一對基因，控制延綠特性。由

9、于這是世界上第一次報(bào)道小麥延綠特性與特定染色體之間的關(guān)系，我們提出，利用延綠特性的英文Staygreen的縮寫Stg作為這類新的延綠基因的基因符號，這個位于1RS上的基因則被命名為．Stg1。本研究指出，引入的黑麥基因與小麥背景基因互作產(chǎn)生了具有重要學(xué)術(shù)意義和巨大育種價值的延綠新性狀的事例，表明進(jìn)一步開發(fā)黑麥的基因資源，創(chuàng)建小麥種群內(nèi)1RS．1BL易位染色體的遺傳多樣性，是人工促進(jìn)小麥基因組進(jìn)化和功能進(jìn)化的重要手段。 4．證明川