綿麥37及其衍生小麥品種(系)的6VS/6AL易位染色體結(jié)構(gòu)演變

杜海梅，李生榮，何員江，唐宗祥，符書蘭，任 勇

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)植物遺傳育種省級重點實驗室/四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,四川成都 611130；2.綿陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院/國家小麥改良中心綿陽分中心,四川綿陽 621023)

簇毛麥(Haynaldiavillosa，2n=14，VV)具有抗多種小麥病害和籽粒蛋白質(zhì)含量高的優(yōu)點，因而被用于小麥品種改良[1]。育種家們已經(jīng)將簇毛麥攜帶的白粉病、小麥梭條花葉病和稈銹病抗性基因?qū)胄←溸z傳背景，獲得了抗白粉病、小麥梭條花葉病和稈銹病的小麥-簇毛麥易位系[2-4]。小麥-簇毛麥6VS/6AL易位染色體攜帶對白粉病具有廣譜抗性的Pm21基因[5]。含該易位染色體的92R系列小麥材料已被作為骨干親本用于小麥品種改良，并培育出了內(nèi)麥號系列小麥品種[6]。可見6VS/6AL易位染色體在我國小麥白粉病抗性育種中發(fā)揮著重要作用。

綿麥37是四川省綿陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院選育的小麥品種，2008-2014年作為四川省小麥區(qū)試對照品種，具有高產(chǎn)、抗病、優(yōu)質(zhì)和抗倒等優(yōu)點[7]。眾多針對綿麥37抗病性的研究表明，該品種高抗白粉病[8-10]。王洋洋等[11]的研究表明，綿麥37含有6VS/6AL易位染色體，推測其白粉病抗性極有可能來自6VS/6AL攜帶的Pm21基因。以綿麥37作為骨干親本，已培育出一系列高抗白粉病的小麥新品種(系)[7]。為了明確它們是否都帶有6VS/6AL易位染色體，本研究對抗白粉病的綿麥37衍生品種(系)進(jìn)行非變性熒光原位雜交(nondenaturing fluorescenceinsituhybridization,ND-FISH)分析，以明確它們的遺傳背景，為綿麥37及其衍生品種(系)在育種中的進(jìn)一步利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

小麥品種綿麥37及其9個衍生品種和相應(yīng)的親本共16份材料用于本研究(表1)。其中親本4422-3-1和81063的種子沒有保存，因此沒用于本研究。小麥品種內(nèi)麥8號作為對照。

表1 綿麥37衍生小麥品種(系)及其系譜Table 1 Derived wheat varieties(lines) of Mianmai 37 and their pedigrees

1.2 方 法

1.2.1 根尖細(xì)胞有絲分裂中期染色體制片

供試小麥材料的根尖細(xì)胞有絲分裂中期染色體制備參照Han等[12]的方法，每份材料至少取5粒種子。

1.2.2 非變性熒光原位雜交(ND-FISH)

能區(qū)分簇毛麥和小麥染色體的寡核苷酸探針Oligo-Ku和(GT)7[13]、能識別21條小麥染色體的寡核苷酸探針Oligo-pSc119.2-1和Oligo-pTa535-1[14]以及能反映6A染色體結(jié)構(gòu)差異的寡核苷酸探針Oligo-713[15]用于本研究的ND-FISH分析。ND-FISH分析參照Fu等[16]和Xiao等[13]的方法。對于每一粒種子的根尖，至少觀察5個細(xì)胞。

2 結(jié)果與分析

2.1 綿麥37衍生品種(系)及內(nèi)麥8號的ND-FISH分析結(jié)果

利用寡核苷酸探針Oligo-Ku、(GT)7、Oligo-pSc119.2-1、Oligo-pTa535-1和Oligo-713對內(nèi)麥8號、綿麥37及其9個衍生品種(系)的根尖細(xì)胞有絲分裂中期染色體進(jìn)行了ND-FISH分析，發(fā)現(xiàn)這些材料都有1對染色體的短臂具有探針Oligo-Ku和(GT)7的信號(圖1)，根據(jù)探針Oligo-pSc119.2-1和Oligo-pTa535-1的FISH核型[13-14]，可以確定這對染色體為6VS/6AL易位染色體。因此，與內(nèi)麥8號一樣，綿麥37與其9個衍生品種(系)也含有1對6VS/6AL易位染色體(圖1)。

然而，這11份材料中的6VS/6AL易位染色體結(jié)構(gòu)不同。其中內(nèi)麥8號、綿麥37、綿麥51、綿麥285、綿麥1416、綿麥1419和綿麥1618的6VS/6AL易位染色體的6AL長臂上帶有寡核苷酸探針Oligo-713的信號，而綿麥53、綿麥112、綿麥367和綿麥902的6VS/6AL染色體無該探針信號(圖2)。

A、C和E用寡核苷酸探針Oligo-Ku(紅)和(GT)7(綠)進(jìn)行分析；B、D和F用Oligo-pSc119.2-1(綠)和Oligo-pTa535-1(紅)進(jìn)行分析。以綿麥367代表含6VS/6AL易位的衍生品種(系)。A和B:內(nèi)麥8號同一細(xì)胞；C和D:綿麥37同一細(xì)胞；E和F:綿麥367同一細(xì)胞。

A,C and E:Oligo probes Oligo-Ku(red) and(GT)7(green) were used for ND-FISH；B,D and F:Oligo-pSc119.2-1(green) and Oligo-pTa535-1(red) were used for ND-FISH. Mianmai 367 represents the derivatives with 6VS/6AL translocations. A and B:The same cell of Neimai 8; C and D:The same cell of Mianmai 37; E and F:The same cell of Mianmai 367.

圖1 小麥品種內(nèi)麥8號、綿麥37及其衍生品種(系)的ND-FISH初步分析結(jié)果

Fig.1 Preliminary ND-FISH analysis of wheat cultivar Neimai 8,Mianmai 37 and its derivatives

A、C和E用寡核苷酸探針Oligo-pSc119.2-1(綠)、Oligo-pTa535-1(紅)進(jìn)行分析；B、D和F用Oligo-713(綠)進(jìn)行分析。綿麥367代表6VS/6AL無Oligo-713信號的品種(系)，內(nèi)麥8號和綿麥37代表6VS/6AL有Oligo-713信號的品種(系)。A和B:內(nèi)麥8號同一細(xì)胞；C和D:綿麥37同一細(xì)胞；E和F:綿麥367同一細(xì)胞。

A,C and E:Oligo probes Oligo-pSc119.2-1(green) and Oligo-pTa535-1(red) were used for ND-FISH；B,D and F:Oligo-713(green) was used for ND-FISH. Mianmai 367 represents the cultivars(lines) in which the 6VS/6AL chromosomes without Oligo-713 signals.Neimai 8 and Mianmai37 represents the cultivars(lines) in which the 6VS/6AL chromosomes with Oligo-713 signals.A and B:The same cell of Neimai 8; C and D:The same cell of Mianmai 37; E and F:The same cell of Mianmai 367.

圖2 小麥品種內(nèi)麥8號、綿麥37及其衍生品種(系)的進(jìn)一步ND-FISH分析結(jié)果

Fig.2 Further ND-FISH analysis of wheat cultivar Neimai 8,Mianmai 37 and its derivatives

2.2 綿麥37衍生品種(系)的其他親本的ND-FISH分析結(jié)果

為了探測綿麥37衍生品種(系)的其他親本是否含有6VS/6AL易位染色體以及6A染色體的結(jié)構(gòu)特點，對川麥43、MY1848、泰山045076、川06品6、HY-SR-8和內(nèi)2938進(jìn)行了ND-FISH分析。結(jié)果表明，除內(nèi)2938含1對6VS/6AL易位染色體外，其余5個親本都不含該易位染色體(圖3)。川麥43和川06品6的6AL不帶有Oligo-713 的信號，MY1848、泰山045076、HY-SR-8和內(nèi)2938的6AL都含有該探針的信號(圖3)。

A、C和E用寡核苷酸探針Oligo-pSc119.2-1(綠)和Oligo-pTa535-1(紅)進(jìn)行分析；B、D和F用寡核苷酸探針Oligo-713(綠)進(jìn)行分析。川麥43代表含6A染色體且該染色體無Oligo-713信號的親本；MY1848代表含6A染色體且該染色體有Oligo-713信號的親本；內(nèi)2938代表含6VS/6AL染色體的親本。A和B:川麥43同一細(xì)胞；C和D:MY1848同一細(xì)胞；E和F:內(nèi)2938同一細(xì)胞。

A,C and E:Oligo probes Oligo-pSc119.2-1(green) and Oligo-pTa535-1(red) were used for ND-FISH；B,D and E:Oligo probe Oligo-713(green) was used for ND-FISH. Chuanmai 43 represents the parental wheat with 6A chromosomes on which Oligo-713 signals disappeared; Mianmai 285 represents the parental wheat with 6A chromosomes on which the Oligo-713 signals appeared; Nei 2938 represents the parental wheat with 6VS/6AL chromosomes. A and B:The same cell of Chuanmai 43; C and D:The same cell of MY1848; E and F:The same cell of Nei 2938.

圖3 綿麥37衍生品種(系)的其他親本的ND-FISH分析結(jié)果

Fig.3 ND-FISH analysis of some other parental wheat of derivatives of Mianmai 37

3 討 論

3.1 6VS/6AL易位染色體結(jié)構(gòu)變異

前人通過輻射創(chuàng)造了多種6VS/6AL易位染色體的結(jié)構(gòu)變異，但這類研究主要集中在6VS染色體臂上[17]。本研究利用寡核苷酸探針Oligo-pSc119.2-1、Oligo-pTa535-1和Oligo-713以及ND-FISH技術(shù)，從6AL染色體臂角度，檢測了內(nèi)麥8號、綿麥37及其衍生品種(系)中的6VS/6AL易位染色體的結(jié)構(gòu)變異。內(nèi)麥8號中的6VS/6AL易位染色體來源于南京農(nóng)業(yè)大學(xué)選育的92R系列小麥品系[7]。本研究結(jié)果表明，內(nèi)麥8號和綿麥37的6VS/6AL易位染色體的6AL長臂都帶有探針Oligo-713信號，而綿麥37的衍生品種綿麥53、綿麥112、綿麥367和綿麥902的6VS/6AL易位染色體無該探針信號，這類6VS/6AL染色體的結(jié)構(gòu)變異在前人的研究中未見報道，表明6VS/6AL易位染色體在被應(yīng)用的過程中產(chǎn)生了新型結(jié)構(gòu)，一定程度上豐富了6VS/6AL易位染色體的遺傳多樣性。

3.2 6VS/6AL發(fā)生結(jié)構(gòu)變異的可能原因

通過對綿麥37衍生品種的部分親本的分析，可以推測6VS/6AL易位染色體產(chǎn)生變異的原因。例如：綿麥367來自綿麥37/川麥43雜交組合，因此綿麥367中的6VS/6AL易位染色體來自綿麥37。但綿麥37中的6VS/6AL攜帶Oligo-713信號，綿麥367中的6VS/6AL不帶有該探針信號。川麥43(不含6VS/6AL易位染色體)中的6A染色體也不帶有Oligo-713信號。所以，可以推測綿麥37中的6VS/6AL易位染色體與川麥43的6A染色體在長臂上發(fā)生了交換重組，從而產(chǎn)生了綿麥367中不帶Oligo-713信號的6VS/6AL易位染色體。事實上，已有研究表明，在減數(shù)分裂過程中，6VS/6AL易位染色體通常以6AL與小麥6A染色體配對形成棒狀二價體[18]，因此6VS/6AL易位染色體與小麥的6A染色體在長臂上發(fā)生交換重組是可能的。因為綿麥53的另一親本4422-3-1沒有保存種子，所以其染色體背景不能確定，但至少可以推測4422-3-1中的6AL染色體臂不帶有Oligo-713信號，從而造成了綿麥53中6VS/6AL易位染色體上Oligo-713信號的缺失。綿麥112中的6VS/6AL易位染色體應(yīng)當(dāng)來自綿麥367，但不能推斷綿麥367和川麥43中的6AL是否發(fā)生了重組，因為這3個品種的6AL都不帶Oligo-713信號。綿麥902的3個親本中，MY1848的6A染色體帶有Oligo-713信號，綿麥902的6VS/6AL易位染色體結(jié)構(gòu)特點與綿麥367中的相同，因此其6VS/6AL易位染色體來自綿麥367。