新型小麦—中间偃麦草异附加系的染色体结构重排鉴定与籽粒硬度基因分析

论文摘要

中间偃麦草（Thinopyrum intermedium,StStJsJsJJ,2n=42）是小麦野生近缘物种之一,原产于欧洲和西亚。中间偃麦草生长环境复杂多样,在长期进化过程中形成了丰富的形态变异,蕴含着大量逆境适应性基因,为小麦栽培品种的改良提供了丰富的高产、抗病、抗逆性基因资源。这些优异的基因资源只有导入到小麦背景中才能发挥出潜在的应用价值。开展小麦与中间偃麦草的远缘杂交,培育小麦-中间偃麦草部分双二倍体,进一步与栽培小麦品种回交,选育小麦-中间偃麦草衍生系,对偃麦草优异基因可持续利用具有重要的意义。在本研究中,我们从中国春（CS）与小麦-中间偃麦草部分双二倍体中2和中5杂交的BC1F6世代中,分别获得了中国春-中间偃麦草附加系Hy36和Hy37。我们利用新开发的中间偃麦草染色体组特异性的寡核苷酸探针,使用连续的非变性荧光原位杂交（ND-FISH）和分子标记等技术,系统分析了中间偃麦草、小麦与中间偃麦草部分双二倍体和两个新型小麦-中间偃麦草附加系等材料。运用这些技术准确地鉴定了中间偃麦草、小麦-中间偃麦草部分双二倍体和小麦-中间偃麦草附加系Hy36和Hy37的染色体组成。其次,我们利用这些材料克隆了源于中间偃麦草的硬度基因,并进行了分子系统进化分析。最后,我们还调查了两个衍生系的田间性状和籽粒品质表现。研究结果如下:（1）开发了新的特异性中间偃麦草寡核苷酸探针,运用连续ND-FISH技术,对六倍体中间偃麦草,小麦-中间偃麦草部分双二倍体中5、中2,附加系材料Hy36和Hy37的核型进行鉴定。我们发现中5（2n=56）含有14条中间偃麦草染色体,6条St、2条Js和6条St-Js易位染色体。中2（2n=54）包含42条小麦染色体和12条中间偃麦草染色体,分别为6条Js染色体,2条St染色体,和4条St-Js重组染色体。Hy36附加了1对偃麦草Js-St易位染色体,Hy37附加了1对偃麦草J-St易位染色体。本研究利用多探针杂交中间偃麦草同一染色体,构建了中间偃麦草染色体的精细原位杂交核型,为后续中间偃麦草基因组的遗传、进化和育种应用研究奠定了基础。（2）基于90K SNP芯片、PLUG（PCR-based landmark unique gene）分子标记、IT（Intron targeting）分子标记和非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分析,我们进一步确定了Hy36和Hy37附加染色体的基因组组成和同源群归属。发现Hy36和Hy37附加的染色体分别为5JsS.3StS和5JS.3StS。（3）硬度基因Pina的克隆和测序。我们同源克隆了源于中间偃麦草的特异硬度基因Pina的全长序列,将该基因定位于Hy36所附加的重排染色体5Js短臂上其蛋白序列的保守区间段色氨酸富集区（WRWWKWWK）位于第2个和第3个半胱氨酸残基之间。首次从偃麦草Pina蛋白序列中发现第70位氨基酸残基上发生了替换（精氨酸替换了赖氨酸）。（4）农艺性状观察与籽粒品质检测,通过田间试验,测定了Hy36、Hy37和CS的农艺性状。与Hy37相比,Hy36系列材料穗长较短但是每穗的小穗数更多,籽粒更长。与CS相比,Hy36和Hy37的株高和单株分蘖数都显著降低。使用近红外光谱仪DA7250测得有关品质的多项指标,发现Hy36在种子硬度参数上显示了较低的数值,说明中间偃麦草特异Pina基因在小麦背景中能明显降低小麦种子硬度。此外,Hy36和Hy37的籽粒蛋白质含量显著高于CS,表明中间偃麦草的优异基因资源可用于小麦品质改良。通过分子细胞遗传学分析,我们准确鉴定了两个新型小麦-中间偃麦草衍生系,揭示了小麦-中间偃麦草杂交后代中频繁存在的染色体重排事件,有助于理解中间偃麦草St、J和Js基因组间的进化研究关系。这些新鉴定的小麦-中间偃麦草衍生系能够增加小麦遗传资源的多样性,对小麦育种研究有重要的应用价值。

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第一章序言

1.1 中间偃麦草以及染色体组研究

1.1.1 中间偃麦草分类

1.1.2 中间偃麦草染色体组分析

1.1.3 中间偃麦草基因组研究

1.2 中间偃麦草染色体导入小麦的研究进展

1.2.1 小麦与中间偃麦草的杂交以及部分双二倍体的获得

1.2.2 小麦-中间偃麦草附加系、代换系

1.2.3 小麦-中间偃麦草易位系

1.2.4 中间偃麦草优异基因导入小麦研究

1.3 小麦硬度基因的研究进展

1.4 立题依据

1.4.1 研究目的与意义

1.4.2 研究内容

第二章实验材料和方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.2.1 染色体制备

2.2.2 荧光原位杂交（FISH）

2.2.3 植物基因组DNA提取

2.2.4 特异分子标记分析

2.2.5 非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳

2.2.6 90 K SNP芯片分析

2.2.7 硬度基因Pina的克隆和测序

2.2.8 农艺性状调查和籽粒硬度分析

第三章结果与分析

3.1 多种寡核苷酸探针对中间偃麦草核型的鉴定

3.2 中5 和中2 核型的精细鉴定

3.3 Hy36和Hy37 的非变性原位杂交分析

3.4 中间偃麦草附加系Hy36和Hy37 的特异分子标记分析

3.5 中间偃麦草特异性Pina-like基因的分子克隆

3.6 农艺性状与籽粒质量观察

第四章讨论

4.1 非变性荧光原位杂交

4.2 中间偃麦草染色体组的遗传变异

4.3 八倍体小偃麦染色体变异遗传多样性

4.4 导入小麦背景的中间偃麦草染色体结构重排

4.5 硬度基因

第五章结论

致谢

参考文献

附录1

附录2

攻读硕士期间取得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 余智慧

导师: 杨足君

关键词: 中间偃麦草,小麦外源衍生系,荧光原位杂交,染色体重排,籽粒硬度

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,农作物

单位: 电子科技大学

分类号: S512.1;Q78

总页数: 67

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新型小麦—中间偃麦草异附加系的染色体结构重排鉴定与籽粒硬度基因分析

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