小麦—大麦异染色体系的分子细胞遗传学鉴定和转录组分析

论文摘要

大麦（Hordeum vulgare L.）分为野生大麦（H.vulgare ssp.spontaneum）和栽培大麦（H.vulgare ssp.vulgare）,因为具有早熟、耐瘠、适应性强、抗条锈病等优良性状,所以种植范围非常广泛。随着小麦种植过程中遗传背景变得狭窄、多样性的降低,所以从小麦近源或者远源物种中挖掘新的优异基因成为主要育种手段。因此大麦属物种的优良基因,成为了拓宽小麦遗传基础的重要基因来源。但是获得大麦和小麦杂交稳定遗传的后代比较困难,所以成功鉴定出小麦-大麦杂交稳定后代,并获得农艺性状良好的新材料受到持续关注。本研究利用普通小麦中国春（CS）和栽培大麦经过多次杂交、回交和自交后,得到了一批含有大麦染色体的附加系。本研究运用荧光原位杂交（FISH）技术建立了大麦亲本材料的染色体核型,进一步结合分子标记技术对这批小麦-大麦附加系进行了精准鉴定,同时对稳定材料进行了农艺性状的统计,进一步对农艺性状良好的材料开展了转录组测序和分析,具体结果如下:（1）通过对亲本大麦材料进行荧光原位杂交鉴定分析,发现探针Oligo-（GAA）7可以区分大麦的每条染色体区,但是杂交信号不够分散,进一步实验筛选到两个在大麦染色体上分布相对广泛的探针组合:Oligo-（GAA）7（红）和Oligo-（TAG）6（绿）,Oligo-HVT01（红）和Oligo-（ACT）8（绿）。并且通过两套以色列大麦对两个探针组合进行了准确性验证,结果显示这两套探针可以对大麦染色体进行精确鉴定。（2）利用探针Oligo-pSc119.2和Oligo-pTa535,再结合探针Oligo-（GAA）7对小大麦杂交后代进行鉴定,鉴定出了一批只含有大麦单一形式染色体的二体附加系（1HS、2H、2HS、2HL、3H、3H、3HL、4H、4HL、5H、5HS、5HL、6H、6HS、6HL、7H、7Hα短）,其中2H、2HS、2HL、6H附加系能够稳定传递。对稳定传递的材料进行核型分析,发现附加系中的小麦染色体发了变异。用CINAU二同源引物对2H附加系稳定材料进行筛选,其中43对引物定位于大麦2HL上,17对引物定位于大麦2HS。（3）对附加系材料进行了农艺性状调查,发现2H、2HL附加系具有良好的条锈病抗性,但是2HS附加系对条锈病高感,进而推测条锈病抗性基因来自于2HL染色体上。（4）大麦染色体2H导入小麦背景中,对小麦背景的基因表达产生了影响,其中最显著的是,在2A染色体上大量基因发生差异表达,对2A染色体上下调的基因和2H染色体的上调基因基因功能富集,发现功能主要集中在蛋白代谢、细胞内大分子代谢等,而且2H染色体的导入对小麦2A染色体上功能缺失有一定的弥补作用。综上,本研究鉴定出了一批小麦-大麦染色体的附加系材料,以及定位于大麦染色体上的分子标记,并且对部分材料的差异表达基因进行了比较分析,可以为小麦背景中转入的大麦优异基因鉴定与育种利用提供基础。

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第一章绪论

1.1 大麦属物种染色体组研究

1.1.1 大麦属分类

1.1.2 大麦属物种染色体组分析

1.1.3 大麦基因组研究

1.2 大麦染色体导入小麦的研究进展

1.2.1 小麦-大麦部分双二倍体研究进展

1.2.2 小麦-大麦异附加系、异代换系研究进展

1.2.3 小麦-大麦染色体易位系

1.3 小麦-外源导入系的转录组研究

1.4 立题依据

1.4.1 研究的目的及意义

1.4.2 研究内容

第二章实验材料与方法

2.1 实验材料的创制

2.2 试验路线

2.2.1 根尖细胞染色体的制备

2.2.2 荧光原位杂交技术（FISH）

2.2.3 材料基因组DNA的提取

2.2.4 特异性分子标记分析技术

2.2.5 聚丙烯酰胺凝胶电泳和银染

2.2.6 田间农艺性状调查

2.2.7 Trizol法提取材料RNA

1.准备工作

2.具体实验步骤

第三章结果与分析

3.1 大麦染色体的多探针荧光原位杂交鉴定

3.1.1 筛选出能够准确区分大麦染色体的探针

3.1.2 已发掘探针对以色列大麦染色体的验证分析

3.1.3 小结

3.2 小麦-大麦导入系的鉴定与分析

3.2.1 小麦-大麦导入系的荧光原位杂交核型鉴定及传递分析

3.2.2 小麦-大麦导入系稳定传递材料的原位杂交核型变异分析

3.2.3 2H、2HS、2HL附加系稳定传递材料分子标记的筛选

3.2.4 小结

3.3 大麦-小麦附加系材料的田间农艺性状统计和抗病性调查

3.3.1 农艺性状调查统计与分析

3.3.2 小麦-大麦附加系材料的条锈病抗性调查

3.4 小麦-大麦附加系的转录组分析

3.4.1 转录组测序与功能注释

3.4.2 2H附加系中大麦染色体基因的差异表达分析

3.4.3 小麦背景基因的差异表达分析

3.4.4 小麦-大麦基因表达的互作分析

3.4.5 小结

第四章讨论

4.1 大麦属染色体组的遗传变异

4.2 小大麦附加系染色体结构重排

4.3 小麦-外源导入系基因表达与互作

4.4 大麦物种优异基因资源的可持续利用

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果

附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李斌

导师: 杨足君

关键词: 大麦,附加系,荧光原位杂交,分子标记,条锈病,转录组

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 生物学,生物学,农作物

单位: 电子科技大学

分类号: S512.3;Q78

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