黑麦1R染色体的遗传多样性及其在小麦基因组内的表达

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1、电子科技大学硕士学位论文黑麦1R染色体的遗传多样性及其在小麦基因组内的表达姓名：任天恒申请学位级别：硕士专业：生物物理学指导教师：任正隆20090501摘要小麦(乃打纪甜而aestivumL．)是世界上最重要的植物种之一，迄今已有8000年以上的栽培历史，在人类文明和文化的发展中起过决定性的作用。同时，小麦也是一个年轻的异源六倍体植物种，因此是物种进化和基因组结构探索中最常用的研究材料。由于小麦所含的3个染色体组分别来自不同的物种，使得小麦的基因组在本身的进化及对外源基因的接受上均具有较强的能力。上世纪70年代以来，来源于德国的小麦材料“牛朱特"所衍生

2、的小麦一黑麦1RS．1BL易位染色体的出现，不仅为小麦物种进化和基因组结构的研究提供了新材料，还使世界小麦的产量潜力增加了约5％，为人类作出了巨大的贡献。在世界的小麦主产区，大量的现有小麦栽培品种含有这条易位染色体。但是，近年来，由于条锈病和自粉病生理小种的变异，使定位于该易位染色体的1RS染色体臂上的抗条锈病基因Yr9和抗白粉病基因Pm8丧失了抗性，对世界小麦生产造成了巨大的威胁。这样就产生了下列的重要问题：第一、1RS．1BL易位在小麦物种进化中是否还有意义?因为它的抗病性的丧失，注定它将在小麦基因组中逐渐被淘汰；第二、通过什么方法可以解决1RS．

3、1BL易位的遗传单一性造成的恶果?为了回答上述问题，本文对黑麦的遗传多样性和不同来源的1RS．1BL易位染色体进行了研究，获得了下列的创新性的研究结果：l、为了发掘黑麦属种质资源的多样性，为小麦进一步利用外源基因的育种提供分子依据，本文采用简单重复序列间区标记技术(ISSR)对黑麦属(SecalecerealeL．)5个种13个亚种共23份材料进行了遗传多样性检测。结果表明，被测材料间ISSR标记多态性较高。在100条ISSR引物中，有12个引物可扩增出清晰且具多态性的条带，12个引物共扩增出850条带，其中804条带(占94．5％)具有多态性，每个引

4、物可扩增出14—121条多态性带，平均70．8条，ISSR标记遗传相似性系数变异范围为0．4810．0．8734。聚类分析表明，23份材料可聚为3类。实验显示，无论是不同黑麦种、亚种，还是相同的黑麦亚种中的不同品种之间，乃至于同一黑麦品种之间，都具有较高的多态性，体现了黑麦属植物间较高的种质资源遗传多样性，为解决现存的1RS．1BL的遗传单一性问题提供了遗传学基础。2、本实验对不同来源的新1RS．1BL易位系R14进行了研究。C一带和GISH摘要分析确证R14是一个新的1RS．1BL易位系，它和世界上广泛使用的来源于德国小麦“牛朱特"的1RS．1BL易

5、位有不同的起源。在新易位系R14的IRS染色体臂上，本实验发现了2个不同的新的抗条锈病和自粉病基因，它们表现了与位于‘‘老"1RS．1BL易位染色体上的Yr9与Pm8不同的抗病谱。在含Yr9和Pm8的小麦材料严重感病的情况下，它们对条锈病或白粉病的新毒性生理小种保持了高度的抗性。遗传分析证明，这两个新基因可能是Yr9和Pm8的等位基因或者紧密连锁的新位点，它们被分别命名为YrCnl7和PmCnl7。这一结果证明了黑麦1RS染色体臂上抗病基因的遗传多样性，同时说明了进一步开发黑麦种质资源抗病基因多样性，是成功解决当前世界上1RS．1BL易位抗病性丧失的有

6、效途径。3、延绿(staygreen)是近年来发现的植物的重要新性状。由于它与细胞程序化凋亡、光合作用遗传控制、以及产量能力等重要研究领域有密切的关系，而在世界上受到广泛的关注。为了研究小麦延绿特性产生的遗传基础，本实验利用延绿型小麦新品种川农17和野生型小麦品种绵阳11杂交。利用C一带及A．PAGE技术对门l农17和绵阳11杂交的43个F6代株系进行了鉴定：结果发现17个延绿株系均含有1RS．1BL易位染色体，有8个含1RS．1BL易位染色体的植株不表现延绿特性，18个含一对1B染色体的株系则均不表现延绿特性，说明1RS．1BL的存在是表现延绿的必要

7、条件。相关分析指出，延绿现象与1RS．1BL易位的存在之间有极显著的正相关关系(f=0．6861，P<0．001)。这一结果证明，小麦开花后的延绿特性是由1RS．1BL易位染色体上的基因和小麦背景基因相互作用控制的，指出川农17的1RS．1BL染色体上存在着至少一对基因，控制延绿特性。由于这是世界上第一次报道小麦延绿特性与特定染色体之间的关系，我们提出，利用延绿特性的英文Staygreen的缩写Stg作为这类新的延绿基因的基因符号，这个位于1RS上的基因则被命名为Stg]。本研究指出，引入的黑麦基因与小麦背景基因互作产生了具有重要学术意义和巨大育种价值

8、的延绿新性状的事例，表明进一步开发黑麦的基因资源，创建小麦种群内1RS．1BL易位染色体的遗传