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粘类小麦CMS分子细胞遗传学研究及其育性基因载体替换后新不育体系的建拓

王小利

  小麦细胞质雄性不育(CMS)是小麦杂种优势利用的重要途径之一,也是小麦遗传育种研究的一个主要领域,而新的核质互作类型的发掘及研究是其重要的基础工作。具有偏凸山羊草(Ae.ventricosa)、粘果山羊草(Ae.kotschyi)、易变山羊草(Ae.variabilis)和二角山羊草(Ae.bicornis)细胞质的粘类 1B/1R 不育系具有易保持、易恢复,农艺性状优良,种子饱满等特点,为其组配强优势组合和优化制种技创造了极有利条件,是很具有应用价值的不育系。本研究对粘类小麦雄性不育系、保持系进行分子细胞遗传学鉴定和 RAPD 分析,为小麦细胞质雄性不育系的选育提供一套有效的鉴定方法。在此基础上利用一批远缘杂交后代的稳定材料对其杂交,并对二角山羊草细胞质不育系育性特异性进行了 APAGE、过氧化物同工酶和花药细胞学分析,同时,对新转育的二角型非 1BL/1RS 小麦雄性不育系进行了育性和恢复性研究,建立了二角型非1BL/1RS 易位型小麦雄性不育新体系。得出以下结论:1.利用 APAGE、C-分带、RAPD 和原位杂交技术对不同核型的具有粘果山羊草、易变山羊草、偏凸山羊草和二角山羊草细胞质的粘类小麦雄性不育系进行分子细胞遗传学标记检测。APAGE 分析发现,不育系 5-1 和 7-21 与 1BL/1RS 易位型不育系 77(2)、8222、偃师 9 号、83(37)65、80(6) 一样均含有 1RS 醇溶蛋白标记位点 Gld1B3。根尖染色体 C-分带显示 5-1 和 7-21 含有 1RS 端带。RAPD 表明不育系 5-1 和 7-21 在350bp 具有黑麦的特异带。原位杂交显示 5-1 和 7-21 均为 1BL/1RS 易位,且易位片段发生在 1BS 端部。从蛋白质、细胞学、分子水平以及连接细胞与分子的原位杂交技术为小麦细胞质雄性 1B/1R 和非 1B/1R 不育系的选育提供了一套有效的鉴定方法。同时,证实了不同 1BL/1RS 易位不育系中 1RS 片段大小的差异,直接影响着育性稳定性和易恢复性的表现。2.通过总 DNA 浓度测定和 PCR 反应条件优化,利用 250 条 10-聚寡核苷酸随机引物对具粘果山羊草、易变山羊草、偏凸山羊草和二角山羊草细胞质不育系及其保持系 5-1 的总 DNA 进行了 RAPD 多态性分析,结果表明:在 250 条随机引物中,31 条引物对 4 种不育系及其保持系总 DNA 均无扩增,217 条引物扩增条带完全相同,有 2 条随机引物在 2 种不育系之间有特异的扩增片段,其中引物 S22 对偏凸山羊草细胞质雄2粘类小麦 CMS 分子细胞遗传学研究及其育性基因载体替换后新不育体系的建拓性不育系有特异扩增带,分子量大小约为 1600 bp,引物 S202 对粘果山羊草细胞质雄性不育系在 1300bp 有特异扩增带。利用 S22 和 S202 对其 mtDNA 进行扩增,S22 也能扩增出分子量大小约为 1600 bp 的偏凸山羊草 mtDNA 特异片段,而 S202 对 4 种不育系及其保持系 mtDNA 则没有扩增出表现 1300bp 的特异带。RAPD 分析证明了 4 种不育系及其保持系 mtDNA 存在明显的差异。3.利用大量小麦品种(系)对具有粘果、易变、偏凸和二角山羊草细胞质的粘类小麦雄性不育系杂交,发现大部分粘类的共同保持系表现出1BL/1RS易位系的1RS醇溶蛋白标记位点Gld1B3,为非1BL/1RS不育系的选育提供了必要的手段;利用一批远缘杂交后代的稳定材料对粘类小麦雄性不育系杂交,发现二角山羊草细胞质与小麦核内的遗传物质组成两个不同的不育系统,粘、易、偏型不育系育性基本表现一致,而二角型不育系除了与前三种不育系具有相同的保持系以外,对某些非1BL/1RS小麦品种(系)还表现出育性特异性;粘、易、偏和二角型同核异质不育系5-1及其与V9125杂交F1过氧化物同工酶分析表明,粘、易、偏和二角型不育系5-1过氧化物同工酶带型基本表现一致,而二角型不育系5-1杂交F1过氧化物同工酶则表现出酶带减少变弱。4. 采用小簇麦、小滨麦和小新麦杂交后的稳定优良后代材料 V9125、M853 和H9021,对 1BL/1RS 二角型雄性不育系回交置换,经育性染色体替换,获得新不育再现,由此建立了新型二角山羊草细胞质小麦雄性不育系 ms(Ae. bicor)-V9125、 ms(Ae. bicor)-M853 和 ms(Ae. bicor)-H9021。利用染色体制片、原位杂交、分子标记对 V9125、 M853 和 H9021 进行分子细胞遗传学检测,并对新型二角山羊草细胞质小麦雄性不育系育性恢复性机理进行了初步研究。结果表明:V9125 为小麦-簇毛麦易位系,M853 为小麦-滨麦端部易位系,H9021 为小麦-华山新麦草端部易位系。利用一些非 1BL/1RS 小麦品种(系)与这三个新型不育系及 1BL/1RS 型不育系 ms(Ae. bicor)-5-1 杂交,新型二角山羊草细胞质小麦雄性不?……   
[关键词]:小麦;细胞质雄性不育;二角山羊草;分子细胞遗传学;育性特异性
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:西北农林科技大学2004年