绵麦37及其衍生小麦品种(系)的6VS/6AL易位染色体结构演变

杜海梅，李生荣，何员江，唐宗祥，符书兰，任 勇

(1.四川农业大学植物遗传育种省级重点实验室/四川农业大学农学院,四川成都 611130；2.绵阳市农业科学研究院/国家小麦改良中心绵阳分中心,四川绵阳 621023)

簇毛麦(Haynaldiavillosa，2n=14，VV)具有抗多种小麦病害和籽粒蛋白质含量高的优点，因而被用于小麦品种改良[1]。育种家们已经将簇毛麦携带的白粉病、小麦梭条花叶病和秆锈病抗性基因导入小麦遗传背景，获得了抗白粉病、小麦梭条花叶病和秆锈病的小麦-簇毛麦易位系[2-4]。小麦-簇毛麦6VS/6AL易位染色体携带对白粉病具有广谱抗性的Pm21基因[5]。含该易位染色体的92R系列小麦材料已被作为骨干亲本用于小麦品种改良，并培育出了内麦号系列小麦品种[6]。可见6VS/6AL易位染色体在我国小麦白粉病抗性育种中发挥着重要作用。

绵麦37是四川省绵阳市农业科学研究院选育的小麦品种，2008-2014年作为四川省小麦区试对照品种，具有高产、抗病、优质和抗倒等优点[7]。众多针对绵麦37抗病性的研究表明，该品种高抗白粉病[8-10]。王洋洋等[11]的研究表明，绵麦37含有6VS/6AL易位染色体，推测其白粉病抗性极有可能来自6VS/6AL携带的Pm21基因。以绵麦37作为骨干亲本，已培育出一系列高抗白粉病的小麦新品种(系)[7]。为了明确它们是否都带有6VS/6AL易位染色体，本研究对抗白粉病的绵麦37衍生品种(系)进行非变性荧光原位杂交(nondenaturing fluorescenceinsituhybridization,ND-FISH)分析，以明确它们的遗传背景，为绵麦37及其衍生品种(系)在育种中的进一步利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

小麦品种绵麦37及其9个衍生品种和相应的亲本共16份材料用于本研究(表1)。其中亲本4422-3-1和81063的种子没有保存，因此没用于本研究。小麦品种内麦8号作为对照。

表1 绵麦37衍生小麦品种(系)及其系谱Table 1 Derived wheat varieties(lines) of Mianmai 37 and their pedigrees

1.2 方 法

1.2.1 根尖细胞有丝分裂中期染色体制片

供试小麦材料的根尖细胞有丝分裂中期染色体制备参照Han等[12]的方法，每份材料至少取5粒种子。

1.2.2 非变性荧光原位杂交(ND-FISH)

能区分簇毛麦和小麦染色体的寡核苷酸探针Oligo-Ku和(GT)7[13]、能识别21条小麦染色体的寡核苷酸探针Oligo-pSc119.2-1和Oligo-pTa535-1[14]以及能反映6A染色体结构差异的寡核苷酸探针Oligo-713[15]用于本研究的ND-FISH分析。ND-FISH分析参照Fu等[16]和Xiao等[13]的方法。对于每一粒种子的根尖，至少观察5个细胞。

2 结果与分析

2.1 绵麦37衍生品种(系)及内麦8号的ND-FISH分析结果

利用寡核苷酸探针Oligo-Ku、(GT)7、Oligo-pSc119.2-1、Oligo-pTa535-1和Oligo-713对内麦8号、绵麦37及其9个衍生品种(系)的根尖细胞有丝分裂中期染色体进行了ND-FISH分析，发现这些材料都有1对染色体的短臂具有探针Oligo-Ku和(GT)7的信号(图1)，根据探针Oligo-pSc119.2-1和Oligo-pTa535-1的FISH核型[13-14]，可以确定这对染色体为6VS/6AL易位染色体。因此，与内麦8号一样，绵麦37与其9个衍生品种(系)也含有1对6VS/6AL易位染色体(图1)。

然而，这11份材料中的6VS/6AL易位染色体结构不同。其中内麦8号、绵麦37、绵麦51、绵麦285、绵麦1416、绵麦1419和绵麦1618的6VS/6AL易位染色体的6AL长臂上带有寡核苷酸探针Oligo-713的信号，而绵麦53、绵麦112、绵麦367和绵麦902的6VS/6AL染色体无该探针信号(图2)。

A、C和E用寡核苷酸探针Oligo-Ku(红)和(GT)7(绿)进行分析；B、D和F用Oligo-pSc119.2-1(绿)和Oligo-pTa535-1(红)进行分析。以绵麦367代表含6VS/6AL易位的衍生品种(系)。A和B:内麦8号同一细胞；C和D:绵麦37同一细胞；E和F:绵麦367同一细胞。

A,C and E:Oligo probes Oligo-Ku(red) and(GT)7(green) were used for ND-FISH；B,D and F:Oligo-pSc119.2-1(green) and Oligo-pTa535-1(red) were used for ND-FISH. Mianmai 367 represents the derivatives with 6VS/6AL translocations. A and B:The same cell of Neimai 8; C and D:The same cell of Mianmai 37; E and F:The same cell of Mianmai 367.

图1 小麦品种内麦8号、绵麦37及其衍生品种(系)的ND-FISH初步分析结果

Fig.1 Preliminary ND-FISH analysis of wheat cultivar Neimai 8,Mianmai 37 and its derivatives

A、C和E用寡核苷酸探针Oligo-pSc119.2-1(绿)、Oligo-pTa535-1(红)进行分析；B、D和F用Oligo-713(绿)进行分析。绵麦367代表6VS/6AL无Oligo-713信号的品种(系)，内麦8号和绵麦37代表6VS/6AL有Oligo-713信号的品种(系)。A和B:内麦8号同一细胞；C和D:绵麦37同一细胞；E和F:绵麦367同一细胞。

A,C and E:Oligo probes Oligo-pSc119.2-1(green) and Oligo-pTa535-1(red) were used for ND-FISH；B,D and F:Oligo-713(green) was used for ND-FISH. Mianmai 367 represents the cultivars(lines) in which the 6VS/6AL chromosomes without Oligo-713 signals.Neimai 8 and Mianmai37 represents the cultivars(lines) in which the 6VS/6AL chromosomes with Oligo-713 signals.A and B:The same cell of Neimai 8; C and D:The same cell of Mianmai 37; E and F:The same cell of Mianmai 367.

图2 小麦品种内麦8号、绵麦37及其衍生品种(系)的进一步ND-FISH分析结果

Fig.2 Further ND-FISH analysis of wheat cultivar Neimai 8,Mianmai 37 and its derivatives

2.2 绵麦37衍生品种(系)的其他亲本的ND-FISH分析结果

为了探测绵麦37衍生品种(系)的其他亲本是否含有6VS/6AL易位染色体以及6A染色体的结构特点，对川麦43、MY1848、泰山045076、川06品6、HY-SR-8和内2938进行了ND-FISH分析。结果表明，除内2938含1对6VS/6AL易位染色体外，其余5个亲本都不含该易位染色体(图3)。川麦43和川06品6的6AL不带有Oligo-713 的信号，MY1848、泰山045076、HY-SR-8和内2938的6AL都含有该探针的信号(图3)。

A、C和E用寡核苷酸探针Oligo-pSc119.2-1(绿)和Oligo-pTa535-1(红)进行分析；B、D和F用寡核苷酸探针Oligo-713(绿)进行分析。川麦43代表含6A染色体且该染色体无Oligo-713信号的亲本；MY1848代表含6A染色体且该染色体有Oligo-713信号的亲本；内2938代表含6VS/6AL染色体的亲本。A和B:川麦43同一细胞；C和D:MY1848同一细胞；E和F:内2938同一细胞。

A,C and E:Oligo probes Oligo-pSc119.2-1(green) and Oligo-pTa535-1(red) were used for ND-FISH；B,D and E:Oligo probe Oligo-713(green) was used for ND-FISH. Chuanmai 43 represents the parental wheat with 6A chromosomes on which Oligo-713 signals disappeared; Mianmai 285 represents the parental wheat with 6A chromosomes on which the Oligo-713 signals appeared; Nei 2938 represents the parental wheat with 6VS/6AL chromosomes. A and B:The same cell of Chuanmai 43; C and D:The same cell of MY1848; E and F:The same cell of Nei 2938.

图3 绵麦37衍生品种(系)的其他亲本的ND-FISH分析结果

Fig.3 ND-FISH analysis of some other parental wheat of derivatives of Mianmai 37

3 讨 论

3.1 6VS/6AL易位染色体结构变异

前人通过辐射创造了多种6VS/6AL易位染色体的结构变异，但这类研究主要集中在6VS染色体臂上[17]。本研究利用寡核苷酸探针Oligo-pSc119.2-1、Oligo-pTa535-1和Oligo-713以及ND-FISH技术，从6AL染色体臂角度，检测了内麦8号、绵麦37及其衍生品种(系)中的6VS/6AL易位染色体的结构变异。内麦8号中的6VS/6AL易位染色体来源于南京农业大学选育的92R系列小麦品系[7]。本研究结果表明，内麦8号和绵麦37的6VS/6AL易位染色体的6AL长臂都带有探针Oligo-713信号，而绵麦37的衍生品种绵麦53、绵麦112、绵麦367和绵麦902的6VS/6AL易位染色体无该探针信号，这类6VS/6AL染色体的结构变异在前人的研究中未见报道，表明6VS/6AL易位染色体在被应用的过程中产生了新型结构，一定程度上丰富了6VS/6AL易位染色体的遗传多样性。

3.2 6VS/6AL发生结构变异的可能原因

通过对绵麦37衍生品种的部分亲本的分析，可以推测6VS/6AL易位染色体产生变异的原因。例如：绵麦367来自绵麦37/川麦43杂交组合，因此绵麦367中的6VS/6AL易位染色体来自绵麦37。但绵麦37中的6VS/6AL携带Oligo-713信号，绵麦367中的6VS/6AL不带有该探针信号。川麦43(不含6VS/6AL易位染色体)中的6A染色体也不带有Oligo-713信号。所以，可以推测绵麦37中的6VS/6AL易位染色体与川麦43的6A染色体在长臂上发生了交换重组，从而产生了绵麦367中不带Oligo-713信号的6VS/6AL易位染色体。事实上，已有研究表明，在减数分裂过程中，6VS/6AL易位染色体通常以6AL与小麦6A染色体配对形成棒状二价体[18]，因此6VS/6AL易位染色体与小麦的6A染色体在长臂上发生交换重组是可能的。因为绵麦53的另一亲本4422-3-1没有保存种子，所以其染色体背景不能确定，但至少可以推测4422-3-1中的6AL染色体臂不带有Oligo-713信号，从而造成了绵麦53中6VS/6AL易位染色体上Oligo-713信号的缺失。绵麦112中的6VS/6AL易位染色体应当来自绵麦367，但不能推断绵麦367和川麦43中的6AL是否发生了重组，因为这3个品种的6AL都不带Oligo-713信号。绵麦902的3个亲本中，MY1848的6A染色体带有Oligo-713信号，绵麦902的6VS/6AL易位染色体结构特点与绵麦367中的相同，因此其6VS/6AL易位染色体来自绵麦367。