小麦-长穗偃麦草抗赤霉病7e染色体长臂易位系的培育方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于作物遗传育种领域，本研宄利用6tlCo(钴60)辐射处理小麦-长穗偃麦 草7E代换系（DS7E/7B)与扬麦16杂交的F2代种子，在辐射后代的繁殖过程中，首先进行 田间赤霉病抗性筛选，选择赤霉病抗性较好又具有长穗偃麦草相关特征的单株种植，在此 基础上利用长穗偃麦草7E染色体长臂特异标记对获选单株进行检测，最后通过细胞学进 行小麦_长穗偃麦草抗赤霉病易位系确认。利用田间表现型筛选、分子标记鉴定和细胞学 确认三种方法相结合，创建了小麦_长穗偃麦草抗赤霉病7E染色体长臂易位系。
【背景技术】
[0002] 1小麦育种目标和其野生近缘种
[0003] 小麦是世界上种植面积最大、总产量仅次于玉米的粮食作物。近半个世纪来，世界 小麦的总产量已经增加了两倍多，其中，优良的小麦品种对提高小麦产量发挥了决定性的 作用。目前小麦育种研宄主要集中在四个方面：提高小麦产量，降低生产成本；分子标记辅 助育种；小麦抗逆性育种；小麦营养品质（何中虎等，2006)。为完成以上育种目标，小麦本 身的遗传资源已经明显不够，而与小麦具有近缘关系的许多野生物种中却存在着大量小麦 中所没有的有利遗传资源。因此，利用小麦近缘野生种中的优良基因资源培育小麦新品种 已经成为小麦育种的目标之一。
[0004] 普通小麦（AABBDD，2n= 42)是异源六倍体植物，属于禾本科小麦属普通小麦 种（TriticumaestivumL.)，与小麦属关系比较近的属有大麦属（Hordeum)、披碱草属 (Elymus)、帽草属（Asperella)、细坦麦属（Sitanion)、新麦草属（Psathyrostachys)、 棱轴草属（Crithopsis)、带芒草属（Taeniatherum)、冰草属（Agropyron)、簇毛麦属 (Haynaldia)、黑麦属（Secale)、异形花属（Heteranthelium)、无芒草属（Henrardia)、旱 麦草属（Eremopyrum)、山羊草属（Aegilops)。这些野生近缘种植物中蕴含着大量优良基 因，是一个巨大的具有潜在利用价值的遗传基因库。该基因库的优良基因如得到利用，对 小麦遗传改良将具有重要的价值，不仅能提高其产量、改良品质，更能将丰富的抗病、抗逆 基因转入小麦中，改良小麦的抗病性和抗逆性。目前已经与小麦进行成功杂交的种属有黑 麦属（Sandoetal, 1953)、族毛麦属（Searsetal, 1953;Hydeetal, 1953)、偃麦草属 (Dvordketal, 1974)、山羊草属（Searsetal, 1956;Chapmnaetal, 1970)、大麦属（Kruse etal, 1973;Islametal, 1975)等。这些远缘杂交的成功为近缘野生种的抗旱、耐盐碱以 及抗病虫害的优良基因向小麦基因组进行转移奠定了坚实的基础，使得从小麦近缘种属中 寻找或开拓新的重要基因资源成为可能。
[0005] 2小麦和长穗偃麦草的赤霉病抗性
[0006]小麦生产中倍受关注的病害为小麦赤霉病（Fusariumheadblight,FHB)，它是 全球性致使小麦产量降低和品质下降的主要病害之一，也是影响中国小麦生产的主要病害 (陆维忠等，2001)。赤霉病大流行年份病穗率达50%?100%，减产高达10%?40% (姚 金保等，2000)。该病由多种镰刀菌引起，病原菌侵染小麦籽粒后产生多种真菌毒素，这些 毒素对人畜有害（Bottalicoetal，1998)，特别是其中的脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON)毒 素，在50mg/kg的浓度下，就可以抑制人类T细胞80%的活性，严重威胁着人类和家畜的健 康（宋凤英等，2005)。我国长江中下游冬麦区是小麦赤霉病的多发区和重灾区，近年来黄 淮麦区和关中麦区小麦赤霉病发生也日趋严重，影响着国内小麦主产区的粮食安全。随着 全球性气候变暖和玉米-小麦轮作制度的增加，近10多年来小麦赤霉病在北美和欧洲也大 面积发生，造成严重的产量和经济损失（Baietal，2004)。因此，国内外很多学者都围绕 小麦赤霉病开展了广泛的研宄工作。我国从上世纪70年代中期开始对小麦赤霉病进行研 宄，研宄结果认为小麦赤霉病抗性具有遗传基础，并且培育出一批抗性较强的优质高产小 麦新品种，其中苏麦3号目前已成为全世界公认的赤霉病高抗品种（姚金宝等，2000)。
[0007] 多年的小麦抗赤霉病育种研宄表明，小麦种内抗赤霉病的资源很少，而且已经发 现的抗性资源在小麦育种实际应用中由于抗性资源背景中其他性状基因的存在而难以有 效利用。纵观国内外的抗赤霉病育种，所用抗源主要局限于苏麦3号及一些地方品种（如 望水白、翻山小麦、温州红和尚等）、日本的新中长、巴西的Frantana等，这些抗源本身的农 艺性状就较差，利用这些抗源及其衍生系来进行抗赤霉病育种已几十年了，但至今生产上 未有既高抗又丰产的品种育成（金善宝，1996)。从20世纪70年代末到80年代初我国曾 对3万多份征集材料进行了赤霉病抗性的全国性筛选工作，筛选到相当数量对赤霉病具稳 定抗性的地方品种，但这些宝贵的种质绝大多数都从未在小麦抗赤霉病育种中得到适当的 利用。从小麦近缘物种中开拓新的赤霉病抗源是小麦抗赤霉病育种中的重要策略，并且进 行了大量的相关研宄，并成功地从小麦的近缘植物如偃麦草、大赖草、鹅观草、纤毛鹅观草 及多年生大麦野生种中寻找到一些新的抗源（OliverREetal，2005)。但这些外缘抗性 基因如何稳定地结合进普通小麦中去，并能在育种得到有效利用应成为研宄的重点。
[0008] 偃麦草属（Thinopyrum)是禾本科大麦族（Horseae)，小麦亚族（Triticeae)中的 多年生草本植物，与普通小麦的近缘关系较近，世界范围内约有50种，主要分布在温带和 寒带地区。该属适应性和繁殖能力较强，并且具有许多优良基因和性状，如抗病、抗寒、抗 旱、耐盐碱和穗大多花等，是小麦遗传改良中极具应用价值的小麦近缘物种之一。自然界 中存在3种类型的长穗偃麦草，即二倍体长穗偃麦草（Th.elongatum, 2n= 14)、四倍体长 穗偃麦草（Th.elongatum, 2n= 28)和十倍体长穗偃麦草（Th.ponticum, 2n= 70)。二倍 体长穗偃麦草具有E染色体组，E染色体组是偃麦草属多倍体物种的基本染色体组（Dewey etal，1984)。一整套中国春-长穗偃麦草二体异附加系、代换系的获得为深入研宄长穗偃 麦草奠定了很好的基础（DvordkJetal，1974)。有研宄表明在长穗偃麦草的1E(刘登才 等，2001;JauharPPetal，2009)、7E(SomersDJetal，2003;ShenXRetal，2004 ;徐 国辉等，2009;ZhangXLetal，2011)染色体可能具有良好的赤霉病抗性基因，因此，长穗 偃麦草已成为改良普通小麦遗传基础、提高赤霉病抗性的重要野生近缘物种之一（王黎明 等，2005) 〇
[0009] 3易位系的创建和鉴定
[0010] 外源染色体导入普通小麦可以直接利用普通小麦品种与偃麦草属物种进行杂交 和回交，培育小麦异附加系、代换系和易位系是利用外源种质改良小麦的一条重要途径。因 为在外源基因导入的同时，外源种的不利性状也随之带入。为了使不利影响降到最低，外源 基因利用的理想方式是选育小麦-外源染色体易位系，尤其是携带有目标基因的小片段易 位或者中间插入型易位。所以易位系以其只导入优良目标性状的染色体理想片段的优点， 证明了它比附加系及代换系在植物育种中的意义更重大（刘后利，1993)。小麦族中经常 会发生普通小麦与其近缘种属间染色体的易位，自西尔斯（SearsER，1972) 1956年创造出 第一个小麦-小伞山羊草易位系以来，小麦近缘种属的许多有益基因（如黑麦中的抗条锈 基因Yr9,抗叶锈基因Lr26,抗杆锈基因Sr3,抗白粉病基因Pm8和抗蚜虫基因Gb(Jiming Jiangetal，1995))已经转移到了普通小麦中并获得了许多小麦异源易位系。这些优良的 育种材料广泛应用于小麦遗传育种中，培育出了许多优良品种，在全世界小麦增产上起到 了不可估量的作用。
[0011] 4.1易位系的创建方法
[0012] 小麦-近缘物种异源易位系只是向小麦导入了异种、异属含目标基因的染色体片 段，附带引进的其它不良基因较少，有较好的遗传稳定性，对小麦种质资源的开拓和新品种 选育起着很大的作用。诱导小麦-异源易位系最佳方法的选择主要取决于外源染色体与相 应的小麦染色体近缘关系的远近。
[0013] 4.1.1自发易位
[0014] 在远缘杂交后代中，有时同一细胞内小麦和异种属的染色体会同时断裂，然后错 误重接而自发产生易位，但这种易位系产生的频率很低，易位片段多为整臂。自发易位最突 出的优点是遗传稳定性好。在小麦育种中广泛应用的小麦-黑麦1BL/1RS易位系就是以这 种方式形成的（MettinDetal, 1973)。
[0015] 4. 1. 2利用电离辐射诱发染色体易位
[0016] 电离辐射是创造易位系进行遗传改良的一种有效方式，电离辐射可以使被辐照物 质产生初级电离和次级电离，使其性质发生变化。轻则可以造成基因的分子结构发生变化 而产生基因突变，重则可引起染色体随机