【毕业学位论文】（Word原稿）普通小麦及其近缘种抗病性和胚乳贮藏蛋白多样性分析作物遗传育种论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 博士学位论文 普通小麦及其近缘种抗病性和胚乳贮藏蛋白 多样性分析 of in .) of in .) I 摘 要 优质抗病是重要的育种目标， 遗传基础狭窄已成为制 约普通小麦育种的瓶颈， 小麦近缘种和古老地方 品种蕴藏可 供利用的 优异基因 。 本研究选用 90 年代初做过田间流行小种抗病性鉴定的种质资源 79 份，涉及小麦属 （ .） 内具有 A、 因组的 11 个物种 和山羊草属 （ .） 的 D 基因组物种 粗山羊草（ 。 开展了目前 小麦白粉病和条锈病流行小种抗性鉴定和基因推导工作，以及高分子量麦谷蛋白亚基（ 成分析和醇溶蛋白遗传多样性研究。以 筛选优质抗病资源，同时探讨不同基因组构成物种在抗病性和胚乳贮藏 蛋白多样性方面的差异 。 取得以下主要结果： 1、抗性鉴定筛选出可用于普通小麦改良的有效抗性资源 ， 其中 野生一粒小麦 粒小麦 材料高抗两种病害。具有 因组的材料抗性保持较好，对 因组物种 种 21 个不同毒性的白粉病菌系 ， 基因推导发现 其 抗谱较宽，含有未知新抗白粉病基因。对 14 份材料进行 31 个条锈病生理小种苗期基因推导，发现 白麦、老芒麦和陕西白，高抗 25 个以上的小种，含有未知抗条锈基因。构建栽培一粒小麦 白粉） 白粉）和栽培一粒小麦 条锈 ） 野生一粒小麦 条锈） 离群体，并进行遗传分析，结果表明， 抗性由一个显性抗白粉病基因控制（表 3表3 抗性由一个隐性抗条锈病基因控制（表 3 对 小麦近缘种和地方品种的 抗病性变异进行了讨论。 2、 应用 不同基因组构成物种共 63 份 材料进行 析。 出现 27 种等位变异，形成 31 种组合。 点 共出现 6 种亚基类型，以 1 和 2*频率最高。其中 野生一粒小麦 出 现了迁移率比 1 亚基小的新亚基 点 出现 9 种亚基类型 ，以7+8 和 6+8 频率最高。具有 G 基因组物种出现 3 种变异类型。其中阿拉拉特小麦 出现了迁移率远小于 10 和 12 亚基的新亚基 通小麦 点 出现 2+12 和 5+10 两种亚基类型，以 2+12 频率最高；粗山羊草中 点 出现了 2+10 和 2+ 多种类型 。筛选出含有优质亚基的材料，如普通小麦兴资 9104 具有 5+10， 17+18，栽培二粒小麦 有 14+15。对不同基因组构成物种 多样性及其与品质改良和基因组进化的关系进行了讨论。 3、 应用 法， 对 63 份 不同基因组构成 材料进行了醇溶蛋白 遗传多样性 分析。 共 出现 99 条迁移率不同 的 谱带 （ 表 5图 5， 变异范围为 9 30 条 ， 区最高， 和 次之， 区最低。发现 因组 在 区 的 多态性信息指数均比 小麦地方品种 高 ， 而经过广泛杂交改良的优质抗病高代 品系 在 区 多样性接近 近缘种 平均水平。谱带分布频率分析发现了一些基因组特异谱带，高频带主要出现在 、 和 区，而 区 出现的谱带主要为低频 带 。 聚类分析 发现 近缘种与普通小麦 高代 品系聚类有交叉 ，相 同基因组构成的物种没有完全聚在一起。 对小麦近缘种的醇溶蛋白分布规律及其在品质育种中的应用前景进行了讨论。 比较 不同基因组构成 物种在抗病性和种子胚乳贮藏蛋白方面的 多样性 ，得到以下主要结论。 1、筛选出具有育种应用潜力的优质抗源，如普通小麦兴资 9104、栽培二粒小麦 一粒小麦 阿拉拉特小麦 材料高抗两种病 害 ，同时含有优质 特异醇溶蛋白谱带。 2、发现了具有育种潜力或者与基因组进化密切相关的基因位点。在 发现了一个显性抗白粉病基因，在 发现了一个隐性抗条锈病基因， 在 发现了比迁移率小的新亚基，在 发现了比 10 和 12 迁移率大的新亚基。发现了一些物种特异或者基因组特异的醇溶蛋白谱带。 3、利用近缘种改良栽培小麦重点在于拓宽 区 醇溶蛋白的遗传基础，可以兼顾优质、抗病等重要目标性状。 4、 小麦地方品种和小麦近缘种在 抗病性、 醇溶蛋白谱带 上都具有 明显 的 种间、种内差异。同时存在明显的品种内抗病性异质性和胚乳贮藏蛋白异质性。 关键词： 小麦近缘种 和小麦地方品种 白粉病和条锈病 高分子量麦谷蛋白亚基 醇溶蛋白 of of to of of or to of or to in (2n=2x=14, T. . (2n=2x=14, T. (2n=4x=28， T. (2n=4x=28, T. （ 2n=4x=28, T. (2n=4x=28， T. (2n=4x=28, T. (2n=4x=28, T. . (2n=4x=28, T. . (2n=6x=42， (2n=2x=14, as as T. . 2n=6 x =42, to as (1) 9 to . O5 R3 to of 1 at in Pm . O3 . at O5 09 21 of at in r or . as as “ 5 at of 2 . T. a O5 to 09 21. of 2 . T. a O5 to of in (2) 3 of *. +8 +8 +12 A of . T. . . IV of 4+15 7+18 is 1 . 12.1 . in in (3) 3 in to IC to A, IC IC In to of of , in in or on of be by of in of it is in of be as (1) as 104, T. T. O5 . R1 (2) . . 1 . O1 O3 12.1 . R3 0 2 (3) to of to be by in (4) in on of to as as in ; V 目 录 第一章 绪 论 . 1 麦的各级 基因源 . 1 麦属（ .）的分类 . 1 麦的基因组起源与演化 . 2 麦的各 级基因源 . 3 麦的各级基因源与小麦抗白粉病和条锈病 . 3 麦白粉病和小麦条锈病概述 . 3 麦各 级基因源与抗白粉病基因和条锈病基因发掘 . 4 麦各级基因源与种子胚乳贮藏蛋白 . 11 分子量麦谷蛋白和醇溶蛋白概述 . 11 麦各级基因源与种子胚乳贮藏蛋白位点 . 12 研究的目的和意义 . 17 第二章 试验材料与研究内容 . 18 究材料 . 18 究内容 . 18 体设计 . 22 第三章 普通小麦及其近缘种抗白粉病和条锈病 分析 . 23 言 . 23 基因对基因 ”学说与抗性基因推导 . 23 菌毒性演变与抗源的评价利用 . 23 通小麦各级基因源保存利用现状与试验目的 . 24 料与方法 . 25 验材料 . 25 验方法 . 25 果分析 . 28 麦白粉病的抗性表现 . 28 麦条锈病的抗性表现 . 34 麦近缘种质资源抗病性的变异 . 35 论 . 38 久抗性 . 38 病基因簇与基因组抗性 . 38 性异质性 . 39 第四章 普通小麦及其近缘种高分子量麦谷蛋白亚基组 成分析 . 40 言 . 40 因位点的多态性 . 40 中国小麦品质育种现状 . 41 麦近缘种在小麦品质改良中的作用与试验目的 . 41 料方法 . 42 验材料 . 42 验方法 . 42 离 . 42 果分析 . 43 同基因位点 型 . 43 异在不同基因组构成物种的分布特点 . 45 论 . 45 质资源筛选与应用价值 . 45 麦近缘种 点组成的异质性 . 45 麦近缘种 异类型与基因组进化 . 46 第五章 普通小麦及其近缘种醇溶蛋白多态性分析 . 49 言 . 49 溶蛋白与小麦种质资源遗传多样性分析 . 49 麦近缘种醇溶蛋白多样性研究进展 . 49 验目的 . 50 料方法 . 50 验材料 . 50 验方法 . 50 果与分析 . 52 同基因组及其组合的醇溶蛋白多态性分析 . 52 溶蛋白谱带分布频率分析 . 55 类分析 . 55 论 . 58 同基因组及其组合的醇溶蛋白多样性变异 . 58 麦近 缘种在栽培小麦改良中的应用前景 . 59 第六章 结果与讨论 . 62 论 . 64 题和建议 . 65 参考文献 . 66 致 谢 . 79 文缩略表 英文缩写 英文全称 中文名称 染型 期抗性 株抗性 白粉病基因符号 条锈病基因符号 f. 小麦白粉菌 f. 麦条锈菌 分子量麦谷蛋白亚基 二烷基 硫 酸钠聚丙烯酰氨 凝胶电泳 性聚丙烯酰氨凝胶电泳 量性状基因位点 卫星标记 加权 成对算术 平均值聚类法 多态信息含量 传距离 传相似性 含亮氨酸的核苷酸接合位点 中国农业科学院博士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪 论 小麦是世界上种植面积最广、加工食品种类最多的粮食作物 之一 。 中国小麦产量和消费量均居世界首位。病虫害及各种逆境胁迫严重危害小 麦生产，导致产量和品质下降 ， 因此，在稳定 产量的同时 ， 抗病 、 优质 已 成为 各个国家 小麦育种的主攻目标。 自然选择 、 人工 选择和 定向 进化使现代 栽培小麦 遗传背景日益狭窄 、 多样性丧失 （ 997） ， 严重的基因流失不仅限制了小麦产量和品质的进一步提高，也使小麦对生物和非生物胁迫的脆弱性增加 ， 这已成为 现代 小麦育 种难以突破的 “瓶 颈 ”。 小麦 族 大约有 350 450 个种， 按照基因组相似程度分为 20 多个属。 普通小麦 （ . n=2x=42） 属于小麦属 ， 是异源六倍体，由不同的基因组物种经过漫长的杂交加倍融合而来 。 小麦 族 是一个庞大的基因源，按照与普通小麦杂交结实以及杂种成活难易程度 可以 分为三个基因源 。 小麦近缘种 含有 丰富多样的可用于改良栽培小麦的基因，尤其是普通小麦起源演化过程中涉及的染色体供体种 ， 可直接用于小麦栽培品种的改良 ，是优异的基因源 （ 董玉琛 2000） 。 麦的各级基因源 麦属（ .） 的分类 生物界中，个体的概念是绝对的， 自然界 中 稳定或者固定的地理分布区 内 ， 因生殖繁衍联系起来的特定个体群 被界定为高等植物的“种” 。 在“种”以下， 由于 不同的 地理、 生态条件构成不同的 自然选择群， 由于不同的 栽培条件与经济目的形成 不同的 人工选择群， 产生 变种、变型或者品种 。 在“种”以上， 相 近似的种集合形成 “ 属 ” ，属一般具有模式种，并囊括与模式种相似或有关的所有 野生类型和栽培类型以及突变类型 （颜济和杨俊良， 1999） 。 小麦广泛分布于世界各地， 由于 长期的人工选择和自然选择，形成了大量的物种 。 分类学上将 具有 “ 复穗状花序， 穗轴节 生有 小穗 ，并且染色体为 7 的倍数 ” 的 物种集合称为 小麦族 （ 。小麦 族 大约有 350 450 个种， 按照基因组的 差异 分为 20 多个属 （董玉琛 和郑殿升 ， 2000） 。 18世纪， 分类 主要 依 据形态学特征， 致使 小麦属的分类十分混乱，先后发表 的 500 多个种中许多都是同种异名 （颜济和杨俊良， 1999） 。到 21 世纪，随着细胞遗传学、分子遗传学以及生物化学等学科的发展，人们对小麦及其近缘种属的关系有了较为全面的认识。 目前在 小麦属内 发现了 27个种， 按照基因组构成 分为 5 个系， 分别为 一粒系 （ 、二粒 系 （ 、 普通 系 （ 、提莫菲维 系 （ 和 茹克夫斯基系（ 。 其中 一粒系与其余四个 系共有 普通系 与 二粒系共有 色体组。 提莫菲维 系 和 茹克夫 斯基系 共有 色体组。 普通小麦 具有 色体组，属于普通系 （ 详 见 表 1。 小麦 族中 山羊草属 （ 与小麦属的关系极为密切， 颜济称之为 “ 小麦 ，认为小麦属和山羊草属可以合并为一个属，也可以分开为两个属（颜济和杨俊良，1999）。目前发现 山羊草属 有 22 个种， 为便于分类， 按照基因组的 不同 将其 分为 六个组 （表 1。小麦族其它主要种属及其与小麦的关系详见 表 1中偃麦草属 是 小麦 族中 最古老的属， 它的许多种都能与普通小麦、硬粒小麦、波兰小麦、提莫菲维小麦甚至栽培一粒小麦杂交成功 ， 与小中国农业科学院博士学位论文 第一章 绪论 2 麦属的关系极为密切 （ 董玉琛 和郑殿升 2000） 。 麦的 基因组起源与演化 小麦是非常古老的粮食植物，目前的考古资料表明，“新月形地带”的原始人类在公元前 8000年就开始采食“野生一粒小麦”。约在公元前 7000 年 000 年左右，西亚一带的美索不达米亚人开始栽培小麦，并将其传播到了巴尔干和欧洲的部分地区以及中亚和印度等地区（ 995） 。野生一粒小麦和野生二粒小麦广泛分布在亚美 尼亚、叙利亚和外高加索地区，是现代栽培小麦最古老的野生种。 图 1麦属内各物种的起源演化关系 （ 深色表示细胞质 ） 小麦属内共有 A、 B、 G、 D 四类基因组，其中 A 与 D 染色体组的来源界限十分清楚， B 与G 染色体的界限以及来源初步明确 （ 详 见图 1。多倍体小麦 A 基因组起源 与一粒系小麦密切相关，其中 茹克夫斯基系 起源于 提莫菲维系小麦，二者的 A 染色体来自于 野生一粒小麦 （ 978； et 1992） ，二者的 G 染色体来自于拟斯卑尔脱山羊草。 普通 系 小麦 起源于具有 因