中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (16): 3304-3316.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.16.013
张树伟1(), 史文宇1, 李冰洁1, 常松鹤1, 乔麟轶1, 李欣1, 常利芳1, 陈芳1, 郭慧娟1, 畅志坚1, 张晓军1,2,*(
)
收稿日期:
2025-02-25
接受日期:
2025-04-22
出版日期:
2025-08-11
发布日期:
2025-08-11
通信作者:
联系方式:
张树伟,E-mail:zshuwei@sxau.edu.cn。
基金资助:
ZHANG ShuWei1(), SHI WenYu1, LI BingJie1, CHANG SongHe1, QIAO LinYi1, LI Xin1, CHANG LiFang1, CHEN Fang1, GUO HuiJuan1, CHANG ZhiJian1, ZHANG XiaoJun1,2,*(
)
Received:
2025-02-25
Accepted:
2025-04-22
Published:
2025-08-11
Online:
2025-08-11
摘要:
【目的】中间偃麦草是小麦的三级基因库,利用远缘杂交将中间偃麦草含优异基因的染色体导入小麦背景创制新型种质资源,探究其对小麦抗病性及农艺性状的影响,为小麦育种改良提供理论依据。【方法】以普通小麦烟农999与小麦-中间偃麦草部分双二倍体TAI8047杂交BC1F6代选育的小麦新品系CH71为试验材料,利用Oligo-pSc119.2、Oligo-pTa535、Oligo-B11、Oligo-pDb12H等探针通过非变性荧光原位杂交(non-denaturing fluorescence in situ hybridization,ND-FISH)进行核型分析,明确CH71及其亲本的染色体组成;通过Synt探针的Oligo-FISH painting技术,鉴定CH71外源染色体同源群归属,并结合中间偃麦草特异STS标记进行PCR扩增验证;利用国内流行的白粉菌小种E09和条锈菌混合小种CYR32、CYR33、CYR34对CH71进行抗病性鉴定,并测定其株高、穗长、小穗数、千粒重、粒长、粒宽等农艺性状。【结果】小麦亲本烟农999含有21对小麦染色体;部分双二倍体亲本TAI8047含有58条染色体,包括21对小麦染色体和8对外源染色体;CH71含有44条染色体,包括21对小麦染色体和1对外源染色体JS-1;利用Synt7探针对CH71进行Oligo-FISH painting鉴定,表明CH71附加的JS-1染色体可能为中间偃麦草7JS染色体;进一步利用中间偃麦草第7同源群的183对STS引物对CH71进行PCR扩增,筛选到12个可以同时在中间偃麦草、TAI8047和CH71中扩增出特异条带的STS标记,表明JS-1为中间偃麦草7JS染色体;人工接种我国广泛流行的白粉菌小种E09和条锈菌混合小种CYR32、CYR33、CYR34,抗性鉴定表明,CH71中抗白粉病、免疫条锈病,遗传分析表明,其对白粉病和条锈病的抗性可能均来自中间偃麦草7JS染色体;农艺性状调查表明,CH71的株高比小麦亲本烟农999增加24.0 cm、穗长增加3.44 cm、小穗数增加1.6个、粒长增加0.68 mm,但千粒重降低6.78%、粒宽减少2.70%。【结论】新品系CH71为小麦-中间偃麦草7JS异附加系,兼抗小麦白粉病和条锈病,可作为有价值的种质资源用于小麦抗病育种及外源抗病基因克隆;筛选到12个STS标记可为小麦背景下中间偃麦草7JS染色体的快速鉴定提供便捷。
张树伟, 史文宇, 李冰洁, 常松鹤, 乔麟轶, 李欣, 常利芳, 陈芳, 郭慧娟, 畅志坚, 张晓军. 兼抗白粉病和条锈病的小麦-中间偃麦草7JS附加系CH71的分子细胞学鉴定[J]. 中国农业科学, 2025, 58(16): 3304-3316.
ZHANG ShuWei, SHI WenYu, LI BingJie, CHANG SongHe, QIAO LinYi, LI Xin, CHANG LiFang, CHEN Fang, GUO HuiJuan, CHANG ZhiJian, ZHANG XiaoJun. Molecular Cytogenetic Characterization of Wheat-Thinopyrum intermedium 7JS Addition Line CH71 with Resistance to Both Powdery Mildew and Stripe Rust[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2025, 58(16): 3304-3316.
表1
寡核苷酸探针序列"
探针名称 Probes | 修饰类型 Modification types | 探针序列 Probe sequences (5′-3′) | 参考文献 References |
---|---|---|---|
Oligo-B11 | 5′6-FAM | TCCGCTCACCTTGATGACAACATCAGGTGGAATTCCGTTCGAGGG | [ |
Oligo-pDb12H | 5′TAMRA | TCAGAATTTTTAGGATAGCAGAAGTATTCGAAATACCCAGATTGC TACAG | [ |
Oligo-pSc119.2 | 5′6-FAM | CCGTTTTGTGGACTATTACTCACCGCTTTGGGGTCCCATAGCTAT | [ |
Oligo-pTa535 | 5′TAMRA | AAAAACTTGACGCACGTCACGTACAAATTGGACAAACTCTTTCGGAGTATC AGGGTTTC | [ |
表2
中间偃麦草染色体特异STS引物序列"
序号 No. | 引物名称 Primer name | 染色体 Chromosome | 正向引物 Forward sequence (5′-3′) | 反向引物 Reverse sequence (5′-3′) | 退火温度 Annealing temperature (℃) |
---|---|---|---|---|---|
1 | C19-08 | 7JS | CTTAGTCTGCAGCCTCTGTCC | AGAGCATCGTCAATAGCCCAG | 60 |
2 | C19-22 | 7JS | AAACATAGCCTAAGACGGGC | GGTCATTGGGTGCAGAATAG | 60 |
3 | C19-39 | 7JS | GAATCTGCGGTGTGCTATTT | TCGGTCGACAACATAGTGTG | 60 |
4 | C19-54 | 7JS | ACGCAAGTTTCAGATAAACAAGACT | TCTCTTGATCGGTTGGACACC | 58 |
5 | C19-61 | 7JS | CGTGTATCGAACGTGAAATG | CAGTTGGAAATCCAGGAATG | 60 |
6 | C19-68 | 7JS | CTCTTGTCGTCGAGGGTCT | GTAGAGGTACTTAGCGGCGA | 58 |
7 | C19-83 | 7JS | TTTGCTCACTCTCTGGTTCC | GAAAGTTGGAGAACGCTCAA | 60 |
8 | C19-103 | 7JS | GGATGAAGCATCTCCACAAC | ATCAGGAAGCTCAGCATCAG | 58 |
9 | C19-105 | 7JS | TTCTCATGTGTGTGACCCGC | TTGGTAGAACGGCCACAAGA | 60 |
10 | C19-109 | 7JS | AGTAGTGCTGAACTTGCCACT | GCAAACGTCTTCGGCGTATC | 60 |
11 | C19-136 | 7JS | GCTCACCATGAGAAGGAAAA | GGATGAATGTTAATGGCGAG | 60 |
12 | C19-138 | 7JS | CCTAGAAGTTCACGGCCTC | GGCACTTCTGTAGCTTGCAT | 60 |
图1
TAI8047、烟农999和CH71的染色体核型鉴定 a、b:TAI8047染色体不同探针核型图。a所用探针为Oligo-B11(绿色)和Oligo-pDb12H(红色),b所用探针为Oligo-pSc119.2(绿色)和Oligo-pTa535(红色);c:烟农999的染色体核型图;d—f:CH71染色体不同探针核型图。d所用探针为Oligo-B11(绿色)和Oligo-pDb12H(红色),e所用探针为Oligo-pSc119.2(绿色)和Oligo-pTa535(红色),f所用探针为小麦第7同源群探针套Synt7(红色);g:CH71染色体详细核型;h:TAI8047的JS-1染色体与CH71外源染色体的核型比较,每组4个染色体核型分别为DAPI染色、探针Oligo-B11(绿色)/探针Oligo-pSc119.2(绿色)、探针Oligo-pDb12H(红色)/探针Oligo-pTa535(红色)及前3张组合图。标尺:10 μm"
表3
CH71及其亲本苗期和成株期抗病性调查"
材料名称 Material name | 染色体数目 Number of chromosome | 外源染色体 Alien chromosome | 条锈菌小种 CYR32/CYR33/CYR34 Stripe rust species CYR32/CYR33/CYR34 | 白粉菌小种E09 Powdery mildew species E09 | |
---|---|---|---|---|---|
苗期 Seedling resistance | 成株期 Adult-plant resistance | ||||
太原768 Taiyuan 768 | 42 | — | 4 | 4 | 4 |
系76(64)Line 76(64) | 42 | — | 4 | 4 | 4 |
TAI8047 | 58 | J+JS+St | 0 | 0; | 0 |
CH71 | 44 | 7JS | 0; | 2 | 2 |
烟农999 Yannong 999 | 42 | — | 4 | 4 | 4 |
SY95-71 | 42 | — | — | 4 | 4 |
TC29 | 42 | — | 4 | — | — |
表4
小偃麦CH71与亲本的农艺性状调查"
材料名称 Material name | 外源染色体 Alien chromosome | 株高 Plant height (cm) | 穗长 Spike length (cm) | 小穗数 Spikelet number | 千粒重 Thousand grain weight (g) | 粒长 Grain length (mm) | 粒宽 Grain width (mm) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
太原768 Taiyuan 768 | — | 76.60±3.51a | 8.88±0.43a | 20.80±1.10a | 49.43±1.67b | 6.84±0.17a | 3.75±0.11c |
系76(64)Line76 (64) | — | 77.20±3.90a | 9.06±0.36a | 20.40±0.89a | 49.03±1.21b | 6.86±0.14a | 3.72±0.08bc |
TAI8047 | J+JS+St | 94.80±4.44b | 17.20±0.57c | 21.60±1.67a | 29.89±3.09a | 8.10±0.17c | 2.95±0.09a |
烟农999 Yannong 999 | — | 77.40±3.96a | 8.30±0.35a | 20.40±0.89a | 52.39±5.09b | 6.82±0.24a | 3.70±0.12bc |
CH71 | 7JS | 101.40±7.78b | 11.74±1.28b | 22.00±1.33a | 48.84±2.43b | 7.50±0.18b | 3.60±0.09b |
[1] |
|
[2] |
doi: 10.1007/s00122-018-3126-2 pmid: 29947816 |
[3] |
董玉琛. 作物种质资源学科的发展和展望. 中国工程科学, 2001, 3(1): 1-5, 43.
|
|
|
[4] |
|
[5] |
刘成, 韩冉, 汪晓璐, 宫文萍, 程敦公, 曹新有, 刘爱峰, 李豪圣, 刘建军. 小麦远缘杂交现状、抗病基因转移及利用研究进展. 中国农业科学, 2020, 53(7): 1287-1308. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.07.001.
|
|
|
[6] |
李建波, 乔麟轶, 李欣, 张晓军, 詹海仙, 郭慧娟, 任永康, 畅志坚. 小麦-中间偃麦草渗入系抗白粉病基因PmCH7124的分子定位. 作物学报, 2015, 41(1): 49-56.
|
|
|
[7] |
doi: 10.1093/jxb/erj124 pmid: 16513812 |
[8] |
|
[9] |
|
[10] |
孙善澄. 小偃麦新品种与中间类型的选育途径、程序和方法. 作物学报, 1981, 7(1): 51-58.
|
|
|
[11] |
孙善澄. 小麦与偃麦草远缘杂交的研究. 华北农学报, 1987, 2(1): 7-12.
doi: 10.3321/j.issn:1000-7091.1987.01.002 |
|
|
[12] |
杨足君, 刘登才, 李光蓉. 一个多抗性小麦中间偃麦草新种质的遗传鉴定. 四川大学学报(自然科学版), 2000, 37(S1): 20-25.
|
|
|
[13] |
王洪刚, 刘树兵, 李兴锋, 高居荣, 封德顺, 陈冬花. 六个八倍体小偃麦的选育和鉴定. 麦类作物学报, 2006, 26(4): 6-10.
|
|
|
[14] |
|
[15] |
鲍印广. 小麦-中间偃麦草异染色体系的分子细胞遗传学鉴定与遗传分析[D]. 泰安: 山东农业大学, 2010.
|
|
|
[16] |
|
[17] |
|
[18] |
|
[19] |
|
[20] |
doi: 10.1038/srep10552 pmid: 25994088 |
[21] |
|
[22] |
|
[23] |
|
[24] |
doi: 10.1007/s13353-014-0215-z pmid: 24782110 |
[25] |
|
[26] |
|
[27] |
|
[28] |
|
[29] |
|
[30] |
|
[31] |
|
[32] |
|
[33] |
|
[34] |
|
[35] |
doi: 10.1186/1471-2148-11-127 pmid: 21592357 |
[36] |
doi: 10.1007/s10577-009-9060-z pmid: 19669910 |
[37] |
|
[38] |
|
[39] |
|
[40] |
|
[41] |
|
[42] |
|
[43] |
刘树兵, 贾继增, 王洪刚, 孔令让, 周荣华. 长穗偃麦草(Agropyron elongatum, 2n=14)与普通小麦间的多态性及E组染色体的特异RAPD标记. 作物学报, 1998, 24(6): 687-690.
|
|
|
[44] |
|
[45] |
|
[46] |
|
[47] |
|
[48] |
doi: 10.1139/gen-2014-0186 pmid: 26000870 |
[49] |
|
[50] |
|
[51] |
刘赢, 张军, 敖游, 宋丽莉, 束永俊. 基于高通量测序的长穗偃麦草功能分子标记发掘和分析. 生物信息学, 2015, 13(2): 82-87.
|
|
|
[52] |
李晨旭, 刘志涛, 庄丽芳, 亓增军. 基于RNA-seq的百萨偃麦草染色体特异分子标记开发与应用. 中国农业科学, 2015, 48(6): 1052-1062. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2015.06.02.
|
|
|
[53] |
|
[54] |
|
[55] |
|
[56] |
|
[57] |
|
[58] |
|
[59] |
|
[60] |
|
[61] |
|
[62] |
|
[63] |
|
[64] |
doi: 10.1111/pbi.14165 pmid: 38153293 |
[65] |
|
[66] |
|
[67] |
|
[1] | 李云丽, 刁邓超, 刘雅睿, 孙玉晨, 孟祥宇, 邬陈芳, 汪妤, 吴建辉, 李春莲, 曾庆东, 韩德俊, 郑炜君. 小麦苗期耐热性全基因组关联分析[J]. 中国农业科学, 2025, 58(9): 1663-1683. |
[2] | 蒲丽霞, 张佳芮, 叶建萍, 黄秀兰, 樊高琼, 杨洪坤. 二氢赤霉素与秸秆覆盖对旱地小麦分蘖成穗与产量的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(9): 1735-1748. |
[3] | 吴郁, 曲翔汝, 杨丹, 伍芩, 陈国跃, 江千涛, 魏育明, 许强. 广泛非靶向代谢组学解析小麦抗条锈病反应中叶绿体代谢产物[J]. 中国农业科学, 2025, 58(7): 1333-1343. |
[4] | 尹波, 于爱忠, 王鹏飞, 杨学慧, 王玉珑, 尚永盼, 张冬玲, 刘亚龙, 李悦, 王凤. 绿肥还田结合氮肥减施对干旱灌区麦田土壤水热特征及小麦产量的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(7): 1366-1380. |
[5] | 潘丽媛, 王永军, 李海军, 侯富, 李菁, 李丽丽, 孙苏阳. 基于转录组和WGCNA筛选小麦籽粒蛋白质累积相关调控基因[J]. 中国农业科学, 2025, 58(6): 1065-1082. |
[6] | 唐宇, 雷毕欣, 王传伟, 严轩韬, 王浩, 郑杰, 张文静, 马尚宇, 黄正来, 樊永惠. 彩色小麦花青素积累对花后高温胁迫的响应机理[J]. 中国农业科学, 2025, 58(6): 1083-1101. |
[7] | 张洪程, 邢志鹏, 张瑞宏, 单翔, 奚小波, 程爽, 翁文安, 胡群, 崔培媛, 魏海燕. 小麦整合化无人化丰产栽培的特征与技术途径[J]. 中国农业科学, 2025, 58(5): 864-876. |
[8] | 张玲, 曹磊, 蔡诚, 颜欣怡, 项博才, 艾佳, 詹新杨, 宋有洪, 朱玉磊. 自然老化条件下冬小麦种子活力及生理指标变化[J]. 中国农业科学, 2025, 58(5): 877-889. |
[9] | 佘文婷, 孙蕊卿, 党海燕, 李文虎, 张丰, 田怡, 徐隽峰, 丁玉兰, 王朝辉. 我国主要麦区农户小麦籽粒硫的含量、分布及影响因素[J]. 中国农业科学, 2025, 58(5): 956-974. |
[10] | 刁邓超, 李云丽, 孟祥宇, 季颂涵, 孙玉晨, 马学红, 李杰, 冯永佳, 李春莲, 吴建辉, 曾庆东, 韩德俊, $\boxed{\hbox{王长发}}$, 郑炜君. 小麦TaGRAS34-5A的克隆及耐热功能研究[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 617-634. |
[11] | 史帆, 李文广, 易树生, 杨娜, 陈玉萌, 郑伟, 张雪辰, 李紫燕, 翟丙年. 有机无机肥配施下旱地麦田土壤有机碳组分含量的变化特征[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 719-732. |
[12] | 牟树佳, 董莉霞, 李广, 燕振刚, 逯玉兰. 基于鲸鱼算法的旱地春小麦农田土壤N2O排放模型参数优化[J]. 中国农业科学, 2025, 58(3): 537-547. |
[13] | 罗一诺, 李艳霏, 李文虎, 张思琦, 牟文燕, 黄宁, 孙蕊卿, 丁玉兰, 佘文婷, 宋文斌, 李小涵, 石美, 王朝辉. 我国新育成小麦品种(系)籽粒不同部位铁含量及影响因素[J]. 中国农业科学, 2025, 58(3): 416-430. |
[14] | 仇海龙, 李盼, 张殿凯, 樊志龙, 胡发龙, 陈桂平, 范虹, 何蔚, 殷文, 赵连豪. 西北绿洲灌区麦后复种绿肥对减量施氮春小麦生长及产量的补偿效应[J]. 中国农业科学, 2025, 58(3): 443-459. |
[15] | 张斯佳, 杨杰, 赵帅, 李莉威, 王贵彦. 华北平原多样化作物与小麦-玉米轮作对土壤质量的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(2): 238-251. |
|