中间偃麦草中优良基因向小麦的转移.pdf

中间偃麦草既是一种牧草又是小麦的近缘植物，而且容易与普通小麦杂交，在小麦遗传改良中具有重要作用。加强对中间偃麦草的遗传及其应用研究，进一步发掘和利用其优异基因资源，对于促进小麦育种的提高具有重要意义。

1.  黄矮病抗性基因向小麦的转移
小麦黄矮病(Wheat Yellow Dwarf)是小麦重要病害之一，是一种由蚜虫传播大麦黄矮病毒(Barley Yellow DwarfVirus，BYDV)而引起的病毒病，目前，栽培小麦品种黄矮病抗性基因贫乏(Fedak-G，2001)，只能向小麦的近缘物种寻找抗源，中间偃麦草对黄矮病表现免疫，因而被研究和利用最多。

2.  锈病基因向小麦的转移
小麦三锈(条锈、叶锈、秆锈)是小麦重要的病害，在世界很多国家都发生。目前，防治该病最安全和有效的方法就是选育抗性品种，中间偃麦草对三锈免疫，是小麦抗锈病育种的良好抗源。

3.  白粉病抗性向小麦的转移
小麦白粉病(Erysiphe graminus DC.f.sp.tritici)是小麦世界性病害，培育和推广抗病品种被公认为是防治小麦白粉病最经济、安全、有效的途径。据研究(Franke，1992)，中间偃麦草对白粉病基因表现抗性，其中可能含有抗性基因，本实验室研究结果表明，中间偃麦草对白粉病免疫，其中可能含有新的抗白粉病基因，位于中间偃麦草的E基因组染色体上；在开展小麦与中间偃麦草杂交亲和性和杂种后代育性研究基础上，选育出了多个小麦-中间偃麦草的八倍体小偃麦，并筛选出多个抗白粉病的异附加系、异代换系、易位系。

4.  条斑病抗性基因向小麦的转移
小麦条斑病(wheat streak mosaic virus，WSMV)是由小麦卷叶螨(wheat curl mite，WCM)作介体传播的一种病毒病，是小麦的一种很重要的病毒病，曾在加拿大、美国引起毁灭性灾害，在其他国家也时有发生，其研究引起世界的关注，目前，普通小麦中缺乏该病的抗性基因，需要到小麦的近缘物种寻找抗源，经研究发现，中间偃麦草对该病表现免疫，利用小麦与中间偃麦草杂交，已经选育出抗小麦条斑病的中5、TAF46、CI15092等多个材料(Chen等，1998b)，经鉴定，这些材料的抗性均来源于中间偃麦草，其中CI15092中的抗性基因被定位于中间偃麦草的4Ai-2染色体上。

5.  其他优良基因向小麦的转移
本研究利用普通小麦烟农15与中间偃麦草杂交，除选育出若干个八倍体小偃麦、附加系以及抗白粉病的材料外，还从中选育出一个农艺性状和细胞学稳定的材料山农0095(2n＝42)，该材料与其亲本烟农15相比，茎秆粗壮，叶片长且宽，尤其是旗叶既长又宽，繁茂性明显增强，具有中间偃麦草的特点，经细胞学、生化和分子生物学综合鉴定，结果表明，该材料可能是一个小麦-中间偃麦草的异代换系，据此，初步认为，中间偃麦草中可能含有控制小麦产量相关性状的基因。

中间偃麦草中优良基因向小麦的转移
技术领域
中间偃麦草中优良基因向小麦的转移属于分子生物学领域。
背景技术
中间偃麦草[Elytigia intermedium(Host)Nevski，Thinopyrum intermedium(Host)Barkworth和Dewey或Agropyron intermedium(Host)Beauv.2n＝6x＝42]又名天蓝冰草，是禾本科小麦族(Triticeae)中的多年生野生草本植物。中间偃麦草是小麦的三级基因源，耐寒、耐旱、多花、抗倒、优质，高抗小麦的黄矮病，对小麦的三绣免疫，是小麦遗传改良中具有重要利用价值的宝贵资源。
发明内容
(1)黄矮病抗性基因向小麦的转移
小麦黄矮病(Wheat Yellow Dwarf)是小麦重要病害之一，是一种由蚜虫传播大麦黄矮病毒(Barley Yellow Dwarf Virus，BYDV)而引起的病毒病。目前，栽培小麦品种黄矮病抗性基因贫乏(Fedak-G，2001)，只能向小麦的近缘物种寻找抗源。中间偃麦草对黄矮病表现免疫，因而被研究和利用最多。孙善澄(1981)、辛志勇等(1991)都开展了向小麦导入黄矮病抗性基因的研究，选育出中1～中5等八倍体小偃麦，其中多个小偃麦高抗黄矮病，尤以中4和中5抗性最强；以此为基础选育出了Z1～Z6(2n＝44)等多个异附加系、HG295、遗4212等异代换系、易位系HW240、YW060等多个抗黄矮病的小麦新种质，抗性均来源于中间偃麦草(聂道泰等，1994；艾山江等，1997；唐顺学等，2000；张增艳等，1998，1999，2001，2002a；Zhang等，2001)，该抗性基因是一个单显性基因，被定位于中间偃麦草的2Ai-2染色体上。法国的Canderor运用小麦与中间偃麦草杂交、回交选育出部分双二倍体TAF-46(2n＝56)并进而选育出L1～L7等异附加系(2n＝44)，其中，L1高抗黄矮病，以此为基础，选育出了YW243、YW443、H960642等多个高抗黄矮病的易位系(谢皓等，2000；张增艳等，2002a，b)，抗性均来源于中间偃麦草，其中的抗性基因被定位于中间偃麦草的7Ai-1长臂上，是一个单显性基因，并被命名为Bdv2(陈孝等，1998；Stoutjesdijik等，2001)。
(2)锈病基因向小麦的转移
小麦三锈(条锈、叶锈、秆锈)是小麦重要的病害，在世界很多国家都发生。目前，防治该病最安全和有效的方法就是选育抗性品种。中间偃麦草对三锈免疫，是小麦抗锈病育种的良好抗源。
小麦条锈病(Puccinia striformis f.sp.tritici)是小麦的主要病害之一，目前，已经命名的抗条锈病基因28个，主要来自于小麦，其余来自于黑麦(Scale，2n＝2X＝14，RR)、顶芒山羊草(Aegilops comosa Sibth和Sin，2n＝2x＝14，MM)、野生二粒小麦(Triticumdicoccoides，2n＝4x＝28，AABB)、斯卑尔脱小麦(Triticeae spelta，2n＝6x＝42，AABBDD)等小麦野生近缘种，还没有来自于中间偃麦草而被命名的基因(马渐新等，1999)。但是，中间偃麦草对条锈病免疫，国内外利用中间偃麦草与小麦杂交，已经选育出多个高抗条锈病的小麦-中间偃麦草的异附加系、异代换系和易位系(艾山江等，1997；王长有等，1999，2002；胡英考等，2002；张宏等，2003；Friebe等，1992，1993；Banks等，1993；Larkin等，1995)，抗性鉴定结果表明，这些种质(系)的条锈病抗性均来源于中间偃麦草。小麦叶锈病(Pucciniarecodcita f.sp.tritici)和秆锈病(Puccinia coriticioides f.sp.tritici)的发生也很普遍。截至1999年，已正式登记命名了58个抗叶锈病基因(Lr基因)，统一编号到L r47(Mcintosh等，1995a，b)，其中Lr38来源于中间偃麦草(陈万全等，2002)，在八倍体小偃麦中4中被发现。另外，国内外选育出小麦-中间偃麦草异代换系、附加系等抗叶锈或(和)秆锈的的种质材料(艾山江等，1997；Friebe等，1993)，其抗性来源于中间偃麦草。
(3)白粉病抗性向小麦的转移
小麦白粉病(Erysiphe graminus DC.f.sp.tritici)是小麦世界性病害，近年来在我国各麦区常有发生和流行，已成为我国小麦生产的第一大病害。培育和推广抗病品种被公认为是防治小麦白粉病最经济、安全、有效的途径。据研究(Franke，1992)，中间偃麦草对白粉病基因表现抗性，其中可能含有抗性基因。本实验室研究结果表明，中间偃麦草对白粉病免疫，其中可能含有新的抗白粉病基因，位于中间偃麦草的E基因组染色体上(刘树兵等，2002)；在开展小麦与中间偃麦草杂交亲和性和杂种后代育性研究基础上，选育出了多个小麦-中间偃麦草的八倍体小偃麦，并筛选出多个抗白粉病的异附加系、异代换系、易位系(王洪刚等，1996，1999，2000b，2001；李平路等，2003；丁斌等，2003)。
(4)条斑病抗性基因向小麦的转移
小麦条斑病(wheat streak mosaic virus，WSMV)是由小麦卷叶螨(wheat curl mite，WCM)作介体传播的一种病毒病，是小麦的一种很重要的病毒病，曾在加拿大、美国引起毁灭性灾害，在其他国家也时有发生，其研究引起世界的关注。目前，普通小麦中缺乏该病的抗性基因，需要到小麦的近缘物种寻找抗源。经研究发现，中间偃麦草对该病表现免疫。利用小麦与中间偃麦草杂交，已经选育出抗小麦条斑病的中5、TAF46、CI15092等多个材料(Chen等，1998b)，经鉴定，这些材料的抗性均来源于中间偃麦草，其中CI15092中的抗性基因被定位于中间偃麦草的4Ai-2染色体上(Friebe等，1991；Wang等，1996；Chen等，1998b)。
(5)其他优良基因向小麦的转移
除将中间偃麦草中上述抗性基因转移进小麦之外，还有报道向小麦转移抗寒、耐旱、耐盐抗性以及增加蛋白质含量的报道(Chen等，1998a；Mcguide等，1981；Dewey等1984；Fedak等，1985；Littlejohn等，1988)。但是对于转移其他农艺性状，鲜见报道。
本实验室利用普通小麦烟农15与中间偃麦草杂交，除选育出若干个八倍体小偃麦、附加系以及抗白粉病的材料外，还从中选育出一个农艺性状和细胞学稳定的材料山农0095(2n＝42)，该材料与其亲本烟农15相比，茎秆粗壮，叶片长且宽，尤其是旗叶既长又宽，繁茂性明显增强，具有中间偃麦草的特点。经细胞学、生化和分子生物学综合鉴定，结果表明，该材料可能是一个小麦-中间偃麦草的异代换系(王黎明，2005a)。据此，初步认为，中间偃麦草中可能含有控制小麦产量相关性状的基因。
本发明的有益效果
中间偃麦草既是一种牧草又是小麦的近缘植物，而且容易与普通小麦杂交，在小麦遗传改良中具有重要作用。加强对中间偃麦草的遗传及其应用研究，进一步发掘和利用其优异基因资源，对于促进小麦育种的提高具有重要意义。