CN108467901A - 一种含抗赤霉病基因的普通小麦异源易位系及其选育方法和应用 - Google Patents

一种含抗赤霉病基因的普通小麦异源易位系及其选育方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含抗赤霉病基因的普通小麦异源易位系及其选育方法和应用，属于农作物育种领域，本发明选用抗赤霉病普通小麦‑大赖草异附加系DA7Lr，待其开花时，辐射处理附加系DA7Lr的花粉,授予已去雄的普通小麦中国春，对其后代种子根尖细胞有丝分裂中期染色体进行分析，得到具有1条普通小麦‑大赖草易位染色体的植株，让其自交，对自交后代中具有2条易位染色体植株的花粉母细胞减数分裂中期I进行观察，发现2条易位染色体形成了稳定的环状二价体，表明该植株为纯合体，进而进一步鉴定出该普通小麦‑大赖草易位系为T3AS·3AL‑7Lr#1S。该易位系的育成为小麦赤霉病遗传改良提供了新种质。

Description

一种含抗赤霉病基因的普通小麦异源易位系及其选育方法和 应用
技术领域
本发明涉及农作物育种领域，具体地，涉及一种含抗赤霉病基因的普通小麦异源易位系及其选育方法和应用。
背景技术
赤霉病是赤霉病是是由禾谷类镰刀菌（Gibberella zeae (Schw.) Petch）引起的世界小麦主产区一种主要的灾难性麦类病害，其病菌毒素在小麦籽粒中积累，直接进入人畜食物链，严重威胁人类健康。近几年在我国明显有扩展、蔓延和加重趋势，已成为小麦育种工作者培育抗病品种必须考虑的重要指标。从近年通过的国审小麦品种及河南省审定的小麦品种证实，几乎全为感赤霉病品种，且多为高感。严重威胁我国小麦主产区的粮食和食品安全。究其原因是赤霉病抗性资源严重匮乏，抗病遗传基础狭窄，因此，寻找与拓宽赤霉病抗性遗传基础已成为育种工作者的必须考虑的重要目标。大赖草(Leymus racemosus)是一种与小麦亲缘关系较远的多年生植物,具有耐盐、抗旱、抗多种病害等多种优良特性，尤其高抗赤霉病，是一种具有潜在应用价值的基因源。
自1983年，南京农业大学细胞遗传研究所将大赖草的赤霉病抗性导入普通小麦，并选育出具有较高赤霉病抗性的普通小麦–大赖草异附加系AddLr.2”、AddLr.7”和AddLr.14”；且Qi等证明了Lr.2和Lr.14分别属于小麦的第7和第5部分同源群。由于异附加系携带的是整条大赖草染色体，在导入有益基因的同时也伴随带入对产量、品质等农艺性状不利的冗余基因。为此育种工作者利用电离辐射、杀配子染色体诱导和遗传控制体系等方法创造易位系，以减少不利基因对普通小麦造成的不良影响。刘文轩等利用电离辐射大赖草单体异附加系Lr.7而得到了易位系T02和T08。王林生等通过60Co-γ射线处理小麦–大赖草二体附加系DA5Lr雌配子，获得了普通小麦-大赖草染色体相互易位系T7DS·5LrL/T5LrS·7DL；崔承齐等通过电离辐射得到了T7BS•7Lr#1S和T2AS•2AL-7Lr#1S易位系。但是，小麦抗赤霉病品种长期以来严重短缺，赤霉病种质资源的匮乏已成为制约抗赤霉病育种的重要瓶颈。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的一在于提供一种含抗赤霉病基因的普通小麦-大赖草易位系T3AS·3AL-7Lr#1S，目的二在于提供所述易位系的选育方法，目的三在于提供所述易位系在小麦抗赤霉病上的应用。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：
一种含抗赤霉病基因的普通小麦异源易位系T3AS·3AL-7Lr#1S，其特征在于：易位染色体为大赖草7Lr短臂端部片段与普通小麦3A染色体大部分片段发生的顶端易位。
本发明还提供上述含抗赤霉病基因的普通小麦异源易位系T3AS·3AL-7Lr#1S的选育方法，包括以下步骤：
（1）选择普通小麦-大赖草异附加系DA7Lr种子，使其发根；
（2）根尖压片处理：待DA7Lr种子根长至1-2cm时，剪取种子根在冰水中处理20~24h；将经冰水处理的种子根，放入卡诺氏固定液中进行固定，4℃条件下保存3-7天后进行压片处理；
（3）对经步骤（2）处理后所得DA7Lr种子根尖压片进行有丝分裂观察，通过染色体计数、C-分带或荧光原位杂交技术鉴定出含有44条染色体的二体附加系DA7Lr植株，然后稀植于盆钵内或大田里；
（4）待二体附加系DA7Lr植株开花时，取其穗子进行1200R 60Co-γ射线处理；
（5）经辐射处理的穗子取其花粉授予已去雄的普小麦中国春，收获后代种子；将所述后代种子经步骤（2）所述根尖处理方法制得后代种子根尖压片，经荧光原位杂交鉴定出含有1条普通小麦-大赖草易位染色体的植株；
（6）让步骤（5）所得含有1条普通小麦-大赖草易位染色体的植株自交，对其自交后代种子通过荧光原位杂交鉴定出含有2条易位染色体植株；
（7）观察步骤（6）所得含有2条易位染色体植株花粉母细胞减数分裂中期I染色体配对行为，确定2条易位染色体配对成二价体的植株为纯合体，其后代个体为纯合易位系；
（8）利用顺序GISH-双色FISH分析，结合C分带、小麦D组专化探针Oligo-pAs1-2和B组专化探针Oligo-pSc119.2-2，进一步鉴定出具有抗赤霉病的普通小麦-大赖草易位系T3AS·3AL-7Lr#1S。
本发明进一步请求保护所述的易位系T3AS·3AL-7Lr#1S在小麦抗赤霉病上的应用。
有益效果：
1、本研究采用电离辐射处理附加系DA7Lr的花粉，将外源含有抗赤霉病基因的大赖草7Lr短臂端部片段与普通小麦3A染色体大部分片段发生的顶端易位，创造易位系，因为该易位系是在小麦3A染色体上导入含有抗赤霉病基因的大赖草7Lr短臂端部片段，减少了整臂或整条大赖草基因导入带来的不利冗余基因，较大地降低不利基因对普通小麦带来的影响。
2、本发明通过电离辐射，再利用染色体C-分带、荧光原位杂交、分子标记技术和赤霉病抗性鉴定等技术，对抗赤霉病普通小麦–大赖草异附加系DA7Lr成熟花粉辐射的后代进行鉴定，筛选出抗赤霉病的普通小麦–大赖草易位系T3AS·3AL-7Lr#1S，其表现出较好且稳定的农艺性状，且对赤霉病有较高的抗性，为小麦抗赤霉病育种提供新的种质资源。
附图说明
图1是易位系T3AS·3AL-7Lr#1S有丝分裂中期原位杂交结果图；其中，左图是以Fluorescein-l2-dUTP标记的大赖草基因组DNA和以Taram标记的小麦B组专化探针Oligo-pSc119.2-2作为探针；右图是以6-FAM标记的小麦D组专化探针Oligo-pAs1-2作为探针；图中箭头指示易位染色体；
图2是3A、7Lr和T3AS·3AL-7Lr#1S的观察对比图；其中，从左至右依次为：C分带的3A，C分带的T3AS·3AL-7Lr#1S，荧光原位杂交的T3AS·3AL-7Lr#1S，Oligo-pSc119.2-2杂交的T3AS·3AL-7Lr#1S，Oligo-pSc119.2-2杂交的3A，荧光原位杂交的7Lr，C分带的7Lr；
图3是易位系T3AS·3AL-7Lr#1S花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ染色体的荧光原位杂交图；图中，箭头指示配对的二价体易位染色体T3AS·3AL-7Lr#1S；
图4是易位系T3AS·3AL-7Lr#1S与其他品种的赤霉病抗性鉴定对比图；图中，从左到右依次为：易位系T3AS·3AL-7Lr#1S、中国春、绵阳85-45和苏麦3号。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例及其附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
普通小麦-大赖草易位系T3AS ·3AL-7Lr#1S的选育方法，包括以下步骤：
（1）选择普通小麦-大赖草异附加系DA7Lr种子，放在垫有滤纸的培养皿中，放在室温23℃下发根。
（2）待DA7Lr种子根长至1-2cm时，剪取1-2条种子根在冰水中处理20~24 h，同时对剪过根的种子进行编号。
（3）对冰水处理过的根尖，放入卡诺氏固定液（3无水乙醇：1分冰醋酸）固定，4℃冰箱保存3-7天后用于有丝分裂压片观察。
（4）对固定保存的每个根尖进行压片处理，通过染色体计数、C-分带或GISH技术，鉴定出含有44条染色体的二体附加系DA7Lr植株。
（5）鉴定过的二体附加系DA7Lr植株希植在盆钵内或大田里。
（6）待附加系植株开花时，取其穗子经过1200R60Co-γ射线处理。
（7）辐射处理过的穗子取其花粉授予已去雄的普小麦中国春。
（8）收获后代种子，采用上述同样的根尖处理方法，经荧光原位杂交（GISH）鉴定出含有1条普通小麦-大赖草易位染色体的植株。
（9）让含有1条普通小麦-大赖草易位染色体的植株自交，对其自交后代种子通过GISH鉴定出含有2条易位染色体植株。观察其花粉母细胞减数分裂中期I染色体配对行为，从而确定2条易位染色体配对成二价体的植株为纯合体，其后代个体为纯合易位系。
（10）利用顺序GISH-双色FISH分析，结合C分带、小麦D组专化探针Oligo-pAs1-2和B组专化探针Oligo-pSc119.2-2，进一步鉴定出该普通小麦-大赖草易位系为T3AS ·3AL-7Lr#1S。
1、易位系T3AS·3AL-7Lr#1S农艺性状
易位系T3AS·3AL-7Lr#1S农艺性状为株高106.5cm，有效穗数10.6个，小穗数18.6，穗粒数33.6，穗粒重1.1克，千粒重31.2克，生育期238天。
2、普通小麦-大赖草易位系T3AS·3AL-7Lr#1S的分子细胞学鉴定
利用电离辐射处理普通小麦大赖草异附加系DA7Lr的花粉，授予已去雄的普通小麦中国春，对其辐射后代种子，进行根尖细胞染色体荧光原位杂交（FISH）分析，结果发现一株编号为NGH-03单株具有1条普通小麦-大赖草易位染色体，从自交后代种子中得到了1株含有2条易位染色体的单株，根尖细胞有丝分裂中期染色体制片，相差显微镜下观察，计数，2n=42。
以绿色荧光Fluorescein-l2-dUTP标记的大赖草基因组DNA和以红色荧光Taram标记的小麦B组专化探针Oligo-pSc119.2-2作为探针，对分裂相较好的NGH-03纯合种子根尖染色体制片进行双色荧光原位杂交，观察该有丝分裂中期GISH-FSIH结果图。结果显示：在荧光显微镜下，可以观察到易位染色体的大赖草片段端部处有很强的绿色荧光杂交信号，易位染色体的小麦片段未出现红色Oligo-pSc19.2-2杂交信号。该易位染色体为大赖草7Lr短臂端部片段与小麦某染色体的部分片段发生的顶端易位。图1箭头指示易位染色体。
为了进一步确定易位染色体中小麦染色体片段的身份，将双色杂交信号洗脱，再以绿色荧光6-FAM标记的小麦D组专化探针Oligo-pAs1-2进行原位杂交，观察该杂交结果图。结果显示：在易位小麦染色体近着丝粒处有两个明显的绿色Oligo-pAs1-2杂交位点。参照Tang的原位杂交图谱，发现D组的7对染色体，在其长臂和短臂的端部和近端部均有较强的杂交信号，因此可排除D组染色体。B组染色体只有3B染色体的长臂、6B染色体的短臂和7B染色体的两臂端部和近端部有杂交信号，这3对染色体也可排除。A组染色体中，1A和2A短臂的端部，4A染色体长臂的端部有明显的杂交信号，7A染色体两臂端部有弱的杂交信号；1A和5A染色体长臂的近中部有明显杂交信号，只有3A染色体短臂在近着丝粒处有明显的杂交信号。根据C分带结果图，发现易位的小麦染色体臂上近着丝粒处有2个较清晰的点状带纹，着丝粒处C带不强，也符合3A染色体的C带特点，因此可推测易位涉及的小麦染色体为3A。
对其花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ染色体制片进行DAPI染色，荧光显微镜下镜检分析其染色体构型，红色通道显示信号为荧光素CY3-dUTP 标记的大赖草基因组DNA，且发现其易位染色体正常配对，形成了稳定的环状二价体（图3箭头所指），该易位系命名为T3AS·3AL-7Lr#1S。
3、普通小麦-大赖草易位系T3AS·3AL-7Lr#1S的效应分析
普通小麦-大赖草易位系T3AS·3AL-7Lr#1S抗赤霉病通过单花滴注接种试验鉴定，如图4所示。病小穗率为4.7%，感病对照品种中国春病小穗率为50.6%，绵阳85-45病小穗率为67.30%，抗病对照品种病小穗率为3.9%。

Claims (3)

1.一种含抗赤霉病基因的普通小麦异源易位系T3AS·3AL-7Lr#1S，其特征在于：易位染色体为大赖草7Lr短臂端部片段与普通小麦3A染色体的大部分片段发生的顶端易位。
2.如权利要求1所述的一种含抗赤霉病基因的普通小麦异源易位系T3AS·3AL-7Lr#1S的选育方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）选择普通小麦-大赖草异附加系DA7Lr种子，使其发根；
（2）根尖压片处理：待DA7Lr种子根长至1-2cm时，剪取种子根在冰水中处理20~24h；将经冰水处理的种子根，放入卡诺氏固定液中进行固定，4℃条件下保存3-7天后进行压片处理；
（3）对经步骤（2）处理后所得DA7Lr种子根尖压片进行有丝分裂观察，通过染色体计数、C-分带或荧光原位杂交技术鉴定出含有44条染色体的二体附加系DA7Lr植株，然后稀植于盆钵内或大田里；
（4）待二体附加系DA7Lr植株开花时，取其穗子进行1200R 60Co-γ射线处理；
（5）经辐射处理的穗子取其花粉授予已去雄的普小麦中国春，收获后代种子；将所述后代种子经步骤（2）所述根尖处理方法制得后代种子根尖压片，经荧光原位杂交鉴定出含有1条普通小麦-大赖草易位染色体的植株；
（6）让步骤（5）所得含有1条普通小麦-大赖草易位染色体的植株自交，对其自交后代种子通过荧光原位杂交鉴定出含有2条易位染色体植株；
（7）观察步骤（6）所得含有2条易位染色体植株花粉母细胞减数分裂中期I染色体配对行为，确定2条易位染色体配对成二价体的植株为纯合体，其后代个体为纯合易位系；
（8）利用顺序GISH-双色FISH分析，结合C分带、小麦D组专化探针Oligo-pAs1-2和B组专化探针Oligo-pSc119.2-2，进一步鉴定出具有抗赤霉病的普通小麦-大赖草易位系T3AS·3AL-7Lr#1S。
3.如权利要求1所述的易位系T3AS·3AL-7Lr#1S在小麦抗赤霉病上的应用。
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