楊漫宇，姚方杰，楊足君，楊恩年

研究報告

六倍體小黑麥×六倍體小麥雜交后代中染色體遺傳與結構變異鑒定

楊漫宇1，姚方杰1，楊足君2，楊恩年1

1. 四川省農業(yè)科學院作物研究所，農業(yè)農村部西南地區(qū)小麥生物學與遺傳育種重點實驗室，農業(yè)農村部天府種業(yè)創(chuàng)新重點實驗室(部省共建)，糧油作物綠色種質創(chuàng)新與遺傳改良四川省重點實驗室，成都 610066 2. 電子科技大學生命科學與技術學院，成都 611731

六倍體小黑麥是普通小麥品種遺傳改良的重要基因資源，可以拓寬小麥的遺傳基礎。本研究以六倍體小黑麥為供體向普通小麥轉移黑麥染色質，以探明六倍體小黑麥×六倍體小麥雜交、回交后代的染色體遺傳特性，為小黑麥種質材料的后續(xù)研究和利用奠定基礎。以六倍體小黑麥16引171為母本，六倍體小麥川麥62為父本配制雜交及回交組合，利用非變性熒光原位雜交技術(non-denaturing florescencehybridization，ND-FISH)對F1、BC1F1和BC1F2植株進行細胞學跟蹤鑒定。結果表明，雜種F1回交結實率為2.61%；BC1F1植株2R染色體傳遞頻率最高；BC1F2植株中黑麥染色體在后代的傳遞率為6R>4R>2R，小麥背景中5B-7B相互易位染色體在BC1F2植株中表現(xiàn)出嚴重偏分離。在BC1F1和BC1F2植株中觀察到24種結構變異染色體，包括染色體片段、等臂易位染色體、易位染色體以及雙著絲粒染色體，且部分BC1F2植株的種子表現(xiàn)粒長和千粒重均優(yōu)于六倍體小麥親本川麥62。因此，在利用六倍體小黑麥作為橋梁向普通小麥導入黑麥遺傳物質時，應盡量采取多次回交的方式，使D組染色體迅速恢復，保證后代育性的恢復，同時關注染色體結構變異材料的潛在應用價值。

六倍體小黑麥；六倍體小麥；染色體遺傳；ND-FISH；染色體結構變異

小麥作為人類最重要的口糧，其安全生產對經濟發(fā)展和社會穩(wěn)定均具有重要意義。在小麥遺傳改良過程中，長期的定向選育、單一骨干親本過度使用以及優(yōu)良品種的大面積推廣等，致使品種間同質化現(xiàn)象日趨明顯，大量有潛在價值的多態(tài)性基因位點丟失，遺傳基礎日漸狹窄，最終導致現(xiàn)代栽培種產量難以突破以及抗病蟲害、抗逆性的能力嚴重下降[1～3]。要突破當前小麥育種的瓶頸，就必須拓寬遺傳基礎，豐富小麥遺傳多樣性，繼而提高小麥產量、增強抗病(逆)能力，以滿足人類對小麥總量的需求。

黑麥(L.，RR，2=2x=14)是小麥的三級基因源，是最早用于小麥遺傳改良育種的近緣物種之一，具有許多優(yōu)良性狀，如抗旱耐鹽堿[4]、耐低溫[5]、抗銹病[6,7]、抗白粉病[8]和抗蚜蟲[9]等。六倍體小黑麥(2=6x=42，AABBRR)是利用四倍體硬粒小麥和黑麥雜交然后進行染色體加倍而形成的雙二倍體，結合了雙親的有益基因，不僅保持了普通小麥的高產、優(yōu)質和早熟特性，而且具有黑麥的長勢旺、抗病和抗逆性強等特點[10,11]。因此，六倍體小黑麥是普通小麥品種遺傳改良的重要基因資源，可以拓寬小麥的遺傳基礎。六倍體小黑麥更易于與普通小麥雜交，并且利用六倍體小黑麥和普通小麥雜交向普通小麥導入黑麥遺傳物質可以避開普通小麥基因親和抑制作用[12]，使得六倍體小黑麥顯示出得天獨厚的重要橋梁作用，目前已成功創(chuàng)造出了許多優(yōu)異種質，在小麥抗病育種改良中發(fā)揮了重要作用。舒煥麟等[13]利用六倍體小黑麥與六倍體小麥進行雜交、回交，選育出一批表現(xiàn)為抗條銹病和(或)抗白粉病的株系；李集臨等[14]利用六倍體小黑麥與六倍體小麥雜交，選育出抗干旱、抗銹病且育性穩(wěn)定的小麥-黑麥代換系；陳耀鋒等[15]通過六倍體小麥與六倍體小黑麥雜交、多元復交和花培純合，成功地將小黑麥抗條銹基因定向導入普通小麥中，創(chuàng)制了12份抗條銹新種質。Liu等[16]利用六倍體小黑麥“Certa”與六倍體小麥“晉麥47”雜交并回交，選育出條銹病抗性較好的BC1F4:5株系。Han等[17]利用六倍體小黑麥“中飼237”與六倍體小麥“淄麥17”雜交、回交再自交多代，選育出農藝性狀優(yōu)于親本“淄麥17”且抗白粉病的新種質AL69。

六倍體小黑麥16引171引自國際玉米小麥改良中心，在四川種植多年表現(xiàn)為條銹病高抗、結實率高且籽粒大，千粒重55 g左右，是優(yōu)良的六倍體親本。川麥62為四川省農業(yè)科學院作物研究所選育的小麥品種，含一對5B-7B相互易位染色體[18]，省區(qū)試千粒重49.4 g。本研究以六倍體小黑麥16引171為母本，六倍體小麥川麥62為父本進行雜交及回交，并利用非變性原位雜交(non-denaturing florescencehybridization，ND-FISH)技術進行跟蹤鑒定，明確每一代植株的染色體構成特點，同時將六倍體小黑麥16引171的高千粒重和粒長等優(yōu)良性狀導入六倍體小麥川麥62中，為持續(xù)利用黑麥優(yōu)異染色質及其誘導的遺傳變異，以及小黑麥的優(yōu)異性狀到小麥育種中的后續(xù)研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究利用六倍體小黑麥材料16引171和六倍體小麥川麥62構建試驗群體。2020年3月，在四川省農業(yè)科學院現(xiàn)代農業(yè)科技創(chuàng)新示范園以16引171為母本、川麥62為父本構建雜交組合。2021年3月，以雜種F1為母本、川麥62為父本進行回交，剩余麥穗套袋進行自交。2022年3月，雜種BC1F1抽穗后套袋自交，獲得的BC1F2種子用于后續(xù)實驗。

1.2 ND-FISH分析

利用寡核苷酸探針分別對親本16引171、雜種F1、BC1F1和BC1F2進行ND-FISH分析。種子萌發(fā)、根尖預處理、固定以及染色體制備參照Han等[19]描述的方法。利用Oligo-1162、Oligo-pSc119.2-1、Oligo-pTa535-1和Oligo-(GAA)7共4種寡核苷酸探針用于識別黑麥和小麥染色體[20,21]，探針序列參考Fu等[20]和Tang等[21]，由上海英駿生物技術有限公司合成。分別在Oligo-1162和Oligo-pTa535-1的5′端用6-carboxytetramethylrhodamine(Tamra)進行標記，在Oligo-pSc119.2-1的5′端用6-carboxyfluorescein (6-FAM)進行標記，在Oligo-(GAA)7的5′端用cyanidin 5(Cy5)進行標記。ND-FISH程序參照Fu等[20]方法。染色體用4′,6-二脒基-2-苯基吲哚(4′,6-diamidino-2-phenylindole，DAPI)進行染色，使用德國徠卡熒光顯微鏡DM4B進行雜交信號檢測和圖像采集。

1.3 數(shù)據(jù)分析

Microsoft Excel 2007 用于統(tǒng)計分析。DPS統(tǒng)計軟件用于卡方檢驗分析。

2 結果與分析

2.1 親本核型分析

六倍體小麥川麥62含一對5BS·7BS和一對5BL·7BL易位染色體，具體核型參照文獻[18]的描述。本研究利用Oligo-1162、Oligo-pSc119.2-1、Oligo-pTa535-1和Oligo-(GAA)7共4種寡核苷酸探針對六倍體小黑麥親本16引171的根尖有絲分裂中期染色體進行ND-FISH分析(圖1，a和b)。結果顯示，16引171的根尖細胞含有42條染色體，包括7對A基因組染色體、7對B基因組染色體和7對R基因組染色體，為完全雙二倍體小黑麥(AABBRR)，建立的標準核型見圖1c，該核型用于雜交后代中小麥和黑麥染色體的識別及染色體結構變異的確認。

圖1 六倍體小黑麥16引171根尖中期染色體標準核型圖

a：以Oligo-1162(紅色信號)、Oligo-pTa535-1(紅色信號)和Oligo-pSc119.2-1(綠色信號)作為探針；b：以Oligo-(GAA)7(紅色信號)作為探針；c：染色體分別來自于圖a和圖b。染色體被DAPI染為藍色，標尺長度為10 μm。

2.2 六倍體小黑麥×六倍體小麥雜種F1、BC1F1結實率及染色體組成

以六倍體小黑麥16引171為母本，六倍體小麥川麥62為父本配制雜交組合，共獲得5粒雜交種。ND-FISH結果顯示(圖2)，5個雜種F1植株染色體條數(shù)均為42，包括7對A基因組染色體、7對B基因組染色體(其中，正常5B和7B各1條，源自親本16引171；5BS·7BS和5BL·7BL易位染色體各1條，源自親本川麥62)、7條D基因組染色體和7條R基因組染色體，染色體組成為AABBDR(2=42)。結果表明獲得的雜種為真雜種。

雜種F1套袋自交不結實，未獲得F2種子。以雜種F1為母本，川麥62為父本進行回交，對人工去雄的230個小花進行授粉，成功獲得6粒種子(結實率為2.61%)。6個BC1F1植株(編號分別為：Z9-1、Z9-2、Z9-3、Z9-4、Z9-5和Z9-6)套袋自交，僅植株Z9-1可育，獲得104粒BC1F2種子，其余5個BC1F1植株均不育，未能獲得BC1F2種子。ND-FISH分析發(fā)現(xiàn)，6個BC1F1植株的染色體數(shù)目分布在39～44條之間，黑麥染色體數(shù)目分布在0～5條之間，植株Z9-3不含黑麥染色體，其余5個植株含有黑麥染色體，其中1個植株含1R，5個植株含2R，3個植株含3R，3個植株含4R，3個植株含5R，3個植株含6R，4個植株含7R(表1，圖3)。植株Z9-1染色體數(shù)目為44條(表1；圖3，a、d、m)，含2R、6R、4R等3條黑麥染色體，其中4R染色體主要以長臂端部斷裂4RBroken的形式存在，含5B、7B、5BS·7BS和5BL·7BL各1條，其余A組和B組染色體完整，D組染色體數(shù)為13條，僅缺失1條6D染色體。其余5個植株的A組和B組染色體完整(除植株Z9-1含3條7A外)，D組染色體缺失數(shù)目較多，在3～7條之間。

圖2 六倍體小黑麥×六倍體小麥雜種F1根尖中期染色體核型圖

a：以Oligo-1162(紅色信號)、Oligo-pTa535-1(紅色信號)和Oligo-pSc119.2-1(綠色信號)作為探針；b：以Oligo-(GAA)7(紅色信號)作為探針。染色體被DAPI染為藍色，標尺長度為10 μm。

表1 六倍體小黑麥×六倍體小麥回交BC1F1育性及染色體組成

染色體數(shù)目44(3)代表這個植株是44條染色體，其中含有黑麥3條染色體。

除染色體數(shù)目變化外，BC1F1植株中還存在染色體結構變異現(xiàn)象。例如，植株Z9-1中黑麥4R染色體長臂端部斷裂(圖3，a、d、m)，Z9-4中黑麥3R染色體長臂斷裂(圖3，g、j、m)，Z9-4中含有4DS·4DL-2RL易位染色體(圖3，i、l、m)。

2.3 六倍體小黑麥×六倍體小麥雜種BC1F2染色體組成

對植株Z9-1套袋自交獲得的104粒BC1F2種子進行ND-FISH分析，染色體組成如表2所示。所有BC1F2植株的平均染色體數(shù)為42條，分布在40～45條之間(不完整染色體計數(shù)為0.5)，其中含41條和42條染色體的植株最多，分別占35.58%和32.69%。黑麥染色體數(shù)目分布在0～4條之間，含1條黑麥染色體的植株最多，占40.38%，不含黑麥染色體的植株數(shù)次之，占29.81%。后代中含有黑麥染色體2R、4RBroken和6R的BC1F2植株分別為23、35和41株，所占比例分別為22.12%、33.65%和39.42%。由此可見，黑麥染色體在后代的傳遞率為6R>4RBroken>2R。

圖3 BC1F1植株根尖中期染色體核型圖

圖a、b、c、g、h和i以Oligo-1162(紅色信號)、Oligo-pTa535-1(紅色信號)和Oligo-pSc119.2-1(綠色信號)作為探針；圖d、e、f、j、k和l以Oligo-(GAA)7(紅色信號)作為探針。染色體被DAPI染為藍色。圖m染色體分別來自圖a、b、d、e、g、h、i、j、k和l。箭頭指示黑麥染色體，標尺長度為10 μm。

表2 BC1F2植株的染色體組成

在BC1F1植株Z9-1中，6D為單體，5B/7B/ 5BS·7BS/5BL·7BL染色體為雜合型。在BC1F2植株中(表3)，不含6D染色體的植株數(shù)為20，占19.23%；含1條6D和2條6D的植株數(shù)分別為65和19，分別占62.50%和18.27%，卡方檢驗表明，不含6D和含6D所占植株數(shù)的比例符合1∶3 (>0.05)。另外，根據(jù)ND-FISH分析結果統(tǒng)計，5B/7B/5BS·7BS/ 5BL·7BL染色體在BC1F2植株中的存在方式分為4類(前3種類型是主要類型)：第一類是1*5B+1*7B+ 1*5BS·7BS+1*5BL·7BL，為雜合型，植株數(shù)為51(49.04%)；第二類是2*5B+2*7B，為純合型，植株數(shù)為13(12.50%)；第三類是2*5BS·7BS+2* 5BL·7BL，為純合型，植株數(shù)為31(29.81%)；第四類是其他類型，植株數(shù)為9(8.65%)。按照2對雜合染色體計算，后代中純合類型比例的理論值為1/16，本研究中2*5B+2*7B和2*5BS·7BS+2* 5BL·7BL這2種純合類型分別占12.50%和29.81%，均大于理論值，經卡方檢驗，這2類的值分別為0.02和0.00(<0.05)，表現(xiàn)為顯著偏分離。

2.4 六倍體小黑麥×六倍體小麥雜種BC1F2中的染色體結構變異

本文觀察了104個BC1F2植株，發(fā)現(xiàn)24個單株存在染色體結構變異，共21種結構變異染色體(表4，表5)，涉及A、B、D和R基因組，包括染色體片段2RS-、4RL?-、6RS-、6RL-和4BL-、2RS·2RLBroken(圖4，g、h、i)、6RS·6RLBroken(圖4，b、e、i)、2BS·2BLBroken(圖4，a、d、i)、4BSBroken·4BL (圖4，c、f、i)和6BSBroken·6BL (圖6，a、d、i)，等臂染色體4BS·4BS (圖5，b、e、g)、4BL·4BL (圖5，b、e、g)、2RL·2RL (圖5，a、d、g)和2RS·2RS (圖5，c、f、g)，小麥-黑麥整臂易位染色體5BL·6RL (圖6，b、e、i)、6BS·2RL(圖6，a、d、i)和7DL·2RS (圖6，c、f、i)，黑麥-黑麥染色體易位4RLBroken·6RL (圖6，g、h、i)，以及雙著絲粒染色體3DL·3DL·2RL (圖7，a、d、g)、6DS·6DL·2AL (圖7，b、e、g)和7DL·7AS·7AL (圖7，c、f、g)。這些染色體結構變異主要涉及R基因組、B基因組、D基因組染色體和少量A基因組染色體，分別包含13、8、4和2種。其中，R基因組變異染色體涉及了2R(7種)、4R(2種)和6R(5種)，A基因組變異染色體涉及2A(1種)和7A(1種)，B基因組變異染色體涉及2B(1種)、4B(4種)、5B(1種)和6B(2種)，D基因組變異染色體涉及3D(1種)、6D(1種)和7D(2種)?？傊珺C1F2植株中的染色體結構變異不僅包含了小麥染色體斷裂、黑麥染色體斷裂，還包含了小麥-黑麥易位、小麥-小麥易位以及黑麥-黑麥易位。

3 討論

3.1 六倍體小黑麥×六倍體小麥雜種后代育性的恢復

六倍體小黑麥×六倍體小麥雜種F1的染色體組型是AABBDR，有兩個單倍染色體組，理論上減數(shù)分裂中期(I)染色體配對構型為14II＋14I。然而，相關研究證明，F(xiàn)1在進行減數(shù)分裂時，黑麥的單倍體R染色體組影響ABD組染色體的正常聯(lián)會，最終形成大量遺傳組成失衡的沒有生活力的配子，因此表現(xiàn)出高度不育[22]。同樣，六倍體小黑麥×六倍體小麥雜種F1的回交結實率也很低[23]，并且六倍體小黑麥/小麥//小麥這一轉移異源遺傳物質的途徑中可以連續(xù)多個世代出現(xiàn)較多育性不正常的非整倍體[23]。本研究中，雜種F1套袋自交不結實，且回交結實率2.61%，該結果與前人的研究相吻合。對6個BC1F1植株套袋自交，僅1個植株可育，其余5個植株均不育，未能獲得BC1F2種子。ND-FISH分析結果表明，可育植株Z9-1染色體數(shù)目為44條，含3條黑麥染色體，僅6D染色體為單體，其余5個不育植株中D組染色體缺失數(shù)目較多，在3～7條之間，大多數(shù)D組染色體呈單體存在。筆者推測BC1F1植株的育性與D組染色體缺失數(shù)目多少相關，含D組染色體越多，后代的生活力越強。因此，在利用六倍體小黑麥作為橋梁向普通小麥導入黑麥遺傳物質時，應盡量采取多次回交的方式，使D組染色體迅速恢復，保證后代育性的恢復，從而獲得有效的材料便于育種應用。

表3 BC1F2植株中6D和5B/7B/5BS·7BS/5BL·7BL染色體傳遞情況

表4 BC1F2植株中染色體結構變異

表5 染色體變異類型

圖4 BC1F2植株中斷裂染色體示例圖

圖a、b、c和g以Oligo-1162(紅色信號)、Oligo-pTa535-1(紅色信號)和Oligo-pSc119.2-1(綠色信號)作為探針；圖d、e、f和h以Oligo-(GAA)7(紅色信號)作探針。染色體被DAPI染為藍色。圖i染色體分別來自圖a、b、c、d、e、f、g和h。箭頭指示斷裂染色體，標尺長度為10 μm。

3.2 六倍體小黑麥×六倍體小麥雜種后代染色體的傳遞特點

研究黑麥染色體在小黑麥和小麥雜交后代中的傳遞特點有助于育種應用。早在1982年，Lukaszewski等[24]利用六倍體小黑麥和六倍體小麥雜交，發(fā)現(xiàn)在F2代中黑麥染色體存在偏分離現(xiàn)象，4R或7R的傳遞率最高，其次是1R，再次是3R、2R和5R，6R的傳遞率最低。任正隆等[25]利用八倍體小黑麥和六倍體小麥雜種的不同世代研究黑麥染色體的傳遞率，發(fā)現(xiàn)后代中，1R的傳遞率最高，3R次之，4R和7R的傳遞率相近，5R和6R最低。符書蘭等[26]對八倍體小黑麥與六倍體小麥雜交后代進行分析，發(fā)現(xiàn)除1R外，4R的傳遞效率相對較高。本研究對6個BC1F1植株進行ND-FISH分析，發(fā)現(xiàn)1個植株不含黑麥染色體，5個植株含有黑麥染色體，其中1個植株含1R，含2R染色體的植株數(shù)(5株)最多，含7R染色體的植株數(shù)(4株)次之，含1R染色體的植株數(shù)(1株)最少，含3R、4R、5R和6R染色體的植株數(shù)均為3株。說明，2R染色體在BC1F1中的傳遞頻率最高。此外，104個BC1F2后代中，含有黑麥染色體2R、4RBroken和6R的BC1F2植株占比分別為22.12%、33.65%和39.42%，說明黑麥染色體在BC1F2的傳遞率6R>4RBroken>2R。Liu等[16]研究發(fā)現(xiàn)以相同的六倍體小黑麥為母本，不同的六倍體小麥為父本配制雜交組合，后代中黑麥染色體的出現(xiàn)頻率表現(xiàn)很大差異，認為黑麥染色體的傳遞率受到六倍體小麥背景的影響。本研究中，我們觀察到的黑麥染色體的傳遞頻率與前人的研究結果差異較大，因此，推測可能與六倍體小麥川麥62的遺傳背景中特異染色體結構有關。

圖5 BC1F2植株中等臂染色體示例圖

圖a、b和c以Oligo-1162(紅色信號)、Oligo-pTa535-1(紅色信號)和Oligo-pSc119.2-1(綠色信號)作為探針；圖d、e和f以Oligo-(GAA)7(紅色信號)作為探針。染色體被DAPI染為藍色。圖g染色體分別自于圖a、b、c、d、e和f。箭頭指示等臂染色體，標尺長度為10 μm。

對源自BC1F1植株Z9-1的104個BC1F2后代研究發(fā)現(xiàn)，不含6D和含6D所占植株數(shù)的比例符合1∶3(>0.05)，即符合孟德爾分離比例。由于六倍體小麥親本川麥62含5BS·7BS和5BL·7BL易位染色體各1對，其5B/7B/5BS·7BS/5BL·7BL染色體在BC1F2植株中主要以3種方式存在，第一類是雜合型1*5B+1*7B+1*5BS·7BS+1*5BL·7BL(49.04%)，第二類是純合型2*5B+2*7B(12.50%)；第三類是純合型2*5BS·7BS+2*5BL·7BL(29.81%)。2種純合類型占比均顯著大于理論值1/16(P<0.05)，表現(xiàn)為偏分離，且純合型2*5BS·7BS+2*5BL·7BL的比例顯著大于純合型2*5B+2*7B。說明純合型2*5BS·7BS+2*5BL·7BL在后代中出現(xiàn)的概率更高。據(jù)報道，許多歐洲小麥品種攜帶5BS·7BS/5BL·7BL易位染色體[27,28]。四川省農業(yè)科學院作物研究所小麥新材料課題組也首次成功培育出了含有5BS·7BS/5BL·7BL易位染色體的小麥新品種[18,29,30]，并且在長期的育種應用中發(fā)現(xiàn)，大部分高產、抗病且農藝性狀優(yōu)良的高代品系中均能追蹤檢測到5BS·7BS/5BL·7BL這對易位染色體。因此，本研究中純合型2*5BS·7BS+2*5BL·7BL在后代中出現(xiàn)的頻率高于純合型2*5B+2*7B的傳遞率，結果解釋了5BS·7BS/5BL·7BL染色體在歐洲冬小麥品種高頻率存在，以及在育種的優(yōu)勢后代中5BS·7BS/ 5BL·7BL易位染色體的優(yōu)先傳遞。

圖6 BC1F2植株中易位染色體示例圖

圖a、b、c和g以Oligo-1162(紅色信號)、Oligo-pTa535-1(紅色信號)和Oligo-pSc119.2-1(綠色信號)作為探針；圖d、e、f和h以Oligo-(GAA)7(紅色信號)作為探針。染色體被DAPI染為藍色。圖i染色體分別來自圖a、b、c、d、e、f、g和h。箭頭指示易位染色體，標尺長度為10 μm。

圖a、b和c以Oligo-1162(紅色信號)、Oligo-pTa535-1(紅色信號)和Oligo-pSc119.2-1(綠色信號)作為探針；圖d、e和f以Oligo-(GAA)7(紅色信號)作為探針。染色體被DAPI染為藍色。圖g染色體分別來自圖a、b、c、d、e和f。箭頭指示雙著絲粒染色體，標尺長度為10 μm。

3.3 六倍體小黑麥×六倍體小麥雜種后代中染色體結構變異

大量研究表明，在以小黑麥為供體向六倍體小麥轉移黑麥染色質的過程中，小黑麥與六倍體小麥的染色體很容易發(fā)生重組，產生新的結構變異染色體。Badaev等[31]對六倍體小黑麥與六倍體小麥雜交后代進行細胞遺傳學分析，發(fā)現(xiàn)5RS·5RS等臂染色體和5DL·5R易位染色體。Taketa等[32]研究發(fā)現(xiàn)六倍體小黑麥Bronco 90 中攜帶了5RS.5RL-4DL易位染色體。利用GISH和FISH方法、微衛(wèi)星和染色體特異性標記對染色體結構進行比較分析，Orlovskaya等[33]明確了在小黑麥與六倍體小麥雜交過程中基因組發(fā)生重組，包括外源物質的滲入和六倍體小麥染色體重排。Fu等[34,35]在小麥-黑麥附加系和代換系后代中觀察發(fā)現(xiàn)染色體著絲粒和末端異染色質發(fā)生變化及染色體結構變異。Liu等[36]通過多色GISH和FISH分析，在小麥-黑麥附加系后代中發(fā)現(xiàn)了大量的染色體畸變，如小染色體、環(huán)狀染色體以及著絲粒的減少和擴增。此外，豐富的小麥染色體結構變異在小麥-黑麥雜交后代中被觀察到[16,37]。在本研究中，BC1F1和BC1F2植株均觀察到大量的染色體結構變異現(xiàn)象。110個植株中，26個單株存在染色體結構變異，共24種結構變異染色體，包括染色體片段、等臂染色體、小麥-黑麥整臂易位染色體、黑麥-黑麥易位以及雙著絲粒染色體，涉及R基因組、B基因組、D基因組染色體和少量A基因組染色體。該結果印證了黑麥外源染色體的導入能夠誘導染色體結果變異。許多結構變異染色體在小麥遺傳改良中發(fā)揮了重要作用。例如，小麥-黑麥1RS·1BL易位系在抗逆、抗病、產量方面顯示出了獨特的優(yōu)越性，在全世界小麥育種工程中得到廣泛應用[38]。此外，抗白粉病的小麥-黑麥5DS-4RS·4RL易位系[39]、4BL·4RL和7AS·4RS易位系[40]，兼抗條銹病和白粉病的2BL·1RS易位系[41]等都是寶貴的抗病遺傳種質資源。本研究中，含結構變異染色體的BC1F2植株23-F141-15、23-F141-16、23-F141-44和23-F141-88的籽粒長度分別為0.96、0.9、0.92和0.88 cm，比親本川麥62(0.77 cm)增加24.68%、16.88%、19.48%和14.29%，均優(yōu)于川麥62(圖8)，其中植株23-F141-44的千粒重(53.2 g)高于川麥62(51.3 g)，說明這些植株成功地將六倍體小黑麥16引171的粒長和高千粒重的優(yōu)良性狀導入川麥62中，雖然本研究獲得的結構變異材料在遺傳上還不穩(wěn)定，但是對普通小麥遺傳改良仍然具有重要意義。

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Investigation of chromosomal genetic characteristics and identification of structural variation in the offspring of hexaploid triticale×hexaploid wheat

Manyu Yang1, Fangjie Yao1, Zujun Yang2, Ennian Yang1

Hexaploid triticale is an important genetic resource for genetic improvement of common wheat, which can broaden the genetic basis of wheat.In order to lay a foundation for the subsequent research and utilization of triticale germplasm materials, the chromosomal genetic characteristics of cross and backcross offspring of hexaploid triticale×hexaploid wheat were investigated in the process of transferring rye chromatin from hexaploid triticale to hexaploid wheat. Hybrid and backcross combinations were prepared with hexaploid triticale 16yin171 as the maternal parent and hexaploid wheat Chuanmai62 as the paternal parent.The chromosomes in root tip cells of F1, BC1F1and BC1F2plants were traced and identified non-denaturing florescencehybridization (ND-FISH).The results indicated that the backcross setting rate of hybrid F1was 2.61%. The transmission frequency of 2R chromosome was the highest in BC1F1plants while the transmissibility of rye chromosome in BC1F2plant was 6R>4R>2R, and the 5B-7B wheat translocation in BC1F2plants showed severe segregation. A total of 24 structural variant chromosomes were observed both in BC1F1and BC1F2plants, including chromosome fragments, isochromosomes, translocations, and dicentric chromosomes.In addition, the seed length and 1000-grain weight of some BC1F2plants were better than that of the hexaploid wheat parent Chuanmai 62.Therefore, multiple backcrosses should be adopted as far as possible to make the rapid recovery of group D chromosomes, ensuring the recovery of fertility in offspring, when hexaploid tritriale is used as a bridge to introduce rye genetic material into common wheat. At the same time, the potential application value of chromosomal structural variation materials should be also concerned.

hexaploid triticale; hexaploid wheat; chromosomal inheritance; ND-FISH; chromosome structural variation

2023-08-04;

2023-09-15;

2023-10-12

四川省小麥育種攻關項目(編號：2021YFYZ0002)，四川省財政專項項目(編號：2021ZYGG-003, 2022ZZCX003)，四川省科技計劃項目(編號：2022ZDZX0014)和四川省農業(yè)科學院項目資助[Supported by the Sichuan Wheat Breeding Community (No. 2021YFYZ0002)，the Sichuan Financial Special Project (Nos. 2021ZYGG-003, 2022ZZCX003), the Sichuan Science and Technology Program of China (No. 2022ZDZX0014), and the Sichuan Academy of Agricultural Sciences]

楊漫宇，博士，助理研究員，研究方向：小麥遺傳育種及分子細胞遺傳學。E-mail: yangmanyu19861225@163.com

楊恩年，博士，研究員，研究方向：小麥遺傳育種。E-mail: yangennian@126.com

10.16288/j.yczz.23-212

(責任編委: 王秀娥)