普通小麦及其近缘种抗病性和胚乳贮藏蛋白多样性分析

论文摘要

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（Triticum L．）内具有A、AB、AG和ABD基因组的11个物种和山羊草属（Aegilops L．）的D基因组物种粗山羊草（Ae．tauschii Coss．）。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（HMW-GS）组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BO5、硬粒小麦DR3等材料高抗两种病害。具有AA基因组的材料抗性保持较好，对AA基因组物种BO3、MO4和MO5接种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BO5、小白麦、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MO4（感白粉）×MO5（抗白粉）和栽培一粒小麦MO4（感条锈）×野生一粒小麦BO5（抗条锈）F2分离群体，并进行遗传分析，结果表明，MO5对EO9和E21的抗性由一个显性抗白粉病基因控制（表3-6和表3-7），BO5对CY32的抗性由一个隐性抗条锈病基因控制（表3-10）。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SDS-PAGE，对不同基因组构成物种共63份材料进行HMW-GS分析。出现27种等位变异，形成31种组合。Glu-A1位点共出现6种亚基类型，以1和2*频率最高。其中野生一粒小麦BO1和BO3中出现了迁移率比1亚基小的新亚基A1。Glu-B1位点出现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AR3中出现了迁移率远小于10和12亚基的新亚基G12.1。普通小麦Glu-D1位点出现2+12和5+10两种亚基类型，以2+12频率最高；粗山羊草中Glu-D1位点出现了2+10和2+12.4等多种类型。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DM36含有14+15。对不同基因组构成物种HMW-GS的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A-PAGE方法，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5-1和图5-3），变异范围为9～30条，总体多态性信息指数达到0.984，以ω区最高，γ和β次之，α区最低。发现AA、AABB、AAGG基因组在α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α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ω、γ和β区，而α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DM32、野生一粒小麦MO5和阿拉拉特小麦AR1等材料高抗两种病害，同时含有优质HMW-GS和特异醇溶蛋白谱带。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MO5中发现了一个显性抗白粉病基因，在BO5中发现了一个隐性抗条锈病基因，在BO1和BO3中发现了比1迁移率小的新亚基，在AR3中发现了比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α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、HMW-GS和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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 小麦的各级基因源
• 1.1.1 小麦属（TRITICUM L.）的分类
• 1.1.2 小麦的基因组起源与演化
• 1.1.3 小麦的各级基因源
• 1.2 小麦的各级基因源与小麦抗白粉病和条锈病
• 1.2.1 小麦白粉病和小麦条锈病概述
• 1.2.2 小麦各级基因源与抗白粉病基因和条锈病基因发掘
• 1.3 小麦各级基因源与种子胚乳贮藏蛋白
• 1.3.1 高分子量麦谷蛋白和醇溶蛋白概述
• 1.3.2 小麦各级基因源与种子胚乳贮藏蛋白位点
• 1.4 本研究的目的和意义
• 第二章 试验材料与研究内容
• 2.1 研究材料
• 2.2 研究内容
• 2.3 总体设计
• 第三章 普通小麦及其近缘种抗白粉病和条锈病分析
• 3.1 引言
• 3.1.1 "基因对基因"学说与抗性基因推导
• 3.1.2 病菌毒性演变与抗源的评价利用
• 3.1.3 普通小麦各级基因源保存利用现状与试验目的
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 试验方法
• 3.3 结果分析
• 3.3.1 小麦白粉病的抗性表现
• 3.3.2 小麦条锈病的抗性表现
• 3.3.3 小麦近缘种质资源抗病性的变异
• 3.4 讨论
• 3.4.1 持久抗性
• 3.4.2 抗病基因簇与基因组抗性
• 3.4.3 抗性异质性
• 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
• 4.1 引言
• 4.1.1 HMW-GS基因位点的多态性
• 4.1.2 HMW-GS与中国小麦品质育种现状
• 4.1.3 小麦近缘种在小麦品质改良中的作用与试验目的
• 4.2 材料方法
• 4.2.1 试验材料
• 4.2.2 试验方法
• 4.2.2.1 SDS-PAGE分离HMW-GS
• 4.2.2.2 HMW-GS鉴定
• 4.2 结果分析
• 4.2.1 不同基因位点HMW-GS类型
• 4.2.2 HMW-GS变异在不同基因组构成物种的分布特点
• 4.3 讨论
• 4.3.1 优质资源筛选与应用价值
• 4.3.2 小麦近缘种HMW-GS位点组成的异质性
• 4.3.3 小麦近缘种HMW-GS变异类型与基因组进化
• 第五章 普通小麦及其近缘种醇溶蛋白多态性分析
• 5.1 引言
• 5.1.1 醇溶蛋白与小麦种质资源遗传多样性分析
• 5.1.2 小麦近缘种醇溶蛋白多样性研究进展
• 5.1.3 试验目的
• 5.2 材料方法
• 5.2.1 试验材料
• 5.2.2 试验方法
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 不同基因组及其组合的醇溶蛋白多态性分析
• 5.3.2 醇溶蛋白谱带分布频率分析
• 5.3.3 聚类分析
• 5.4 讨论
• 5.4.1 不同基因组及其组合的醇溶蛋白多样性变异
• 5.4.2 小麦近缘种在栽培小麦改良中的应用前景
• 第六章 结果与讨论
• 6.1 讨论
• 6.2 问题和建议
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及发表学术论文