一种新型小麦的分子细胞遗传学特征gydF4y2Ba新huashanicagydF4y2BaKeng t3dds - 5nsl•5NsS和T5DL-3DS•3DL双易位系具有抗白粉病能力gydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

新huashanicagydF4y2Ba璟(2gydF4y2BangydF4y2Ba= 2gydF4y2BaxgydF4y2Ba= 14, NsNs)具有许多突出的农艺性状，是小麦遗传改良的宝贵资源。小麦-gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba易位系是小麦育种和异体染色体功能研究的重要中间材料。然而，在这些易位系中的白粉病抗性此前没有报道。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

本研究开发了一种新型小麦gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba通过选择F易位线TR77gydF4y2Ba_7gydF4y2Ba七倍体杂交种H8911 (2gydF4y2BangydF4y2Ba= 7gydF4y2BaxgydF4y2Ba= 49, AABBDDNs)和硬粒小麦系Trs-372。染色体核型2gydF4y2BangydF4y2BaTR77在有丝分裂和减数分裂阶段均观察到ii。基因组原位杂交分析发现TR77的两个易位染色体在减数分裂阶段正常配对。分子标记分析表明，5D染色体部分被部分异位染色体片段5Ns所取代。这意味着替换部分5DL和5NsLgydF4y2Ba·gydF4y2Ba5NsS存在于小麦背景中，在这些染色体与小麦3D染色体之间发生易位。荧光原位杂交显示TR77携带双重易位:T3DS-5NsLgydF4y2Ba·gydF4y2Ba5NsS和T5DL-3DSgydF4y2Ba·gydF4y2Ba3 dl。利用15k -小麦SNP芯片分析，TR77 5D染色体上的SNP基因型与其他小麦的SNP基因型匹配良好gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba但在普通小麦品系7182上表现不佳。移位位置在5D的202.3 - 213.1 Mb之间。与小麦亲本——普通小麦品系7182和硬粒小麦品系Trs-372相比，TR77的穗长、穗粒多、抗白粉病能力明显提高。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

TR77是一种新型的稳定小麦gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2BaT3DS-5NsLgydF4y2Ba·gydF4y2Ba5NsS和T5DL-3DSgydF4y2Ba·gydF4y2Ba与亲本相比，3DL双易位系穗性状和抗白粉病能力均有显著提高，可作为抗病育种和双易位遗传机制研究的重要种质。gydF4y2Ba

小麦(gydF4y2Ba小麦gydF4y2BaL 2gydF4y2BangydF4y2Ba= 42, AABBDD)是世界上种植最广泛的作物之一。此外，小麦产量可能受到高温、干旱、昆虫和疾病的影响，而小麦中相对狭窄的遗传变异使识别对抗这些生物和非生物胁迫的抗性来源变得更加困难[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，gydF4y2Ba2gydF4y2Ba］．然而，小麦的野生亲缘携带许多有益的基因，可用于提高小麦对这些胁迫的抵抗力，并提高小麦的产量和质量[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba］．例如，小麦-gydF4y2BaAgropyrongydF4y2Ba6P染色体二组加成系每穗粒数多于小麦亲本[gydF4y2Ba4gydF4y2Ba];小麦-gydF4y2Ba山羊草属gydF4y2Ba替代系称为PRHgydF4y2Ba_5gydF4y2Ba铁、锌含量高[gydF4y2Ba5gydF4y2Ba];小麦-gydF4y2BaHaynaldia摘要gydF4y2Ba4DL-4VS易位系NAU413对小麦纺锤条状花叶病毒表现出高抗性[gydF4y2Ba6gydF4y2Ba];小麦-黑麦1BL/1RS易位系已广泛应用于小麦育种，以提高小麦对多种病害和非生物胁迫的抗性[gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba7gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

新huashanicagydF4y2Ba璟(2gydF4y2BangydF4y2Ba= 2gydF4y2BaxgydF4y2Ba= 14, NsNs)是一种濒危物种gydF4y2Ba禾本科gydF4y2Ba，gydF4y2BaTriticeaegydF4y2Ba只有在中国的高山上才有。作为小麦的野生亲缘种，它具有许多突出的性状，如对盐、碱、寒、旱等非生物胁迫具有较高的耐受性，对小麦常见病害如锈病、全蚀病、白粉病具有较高的抗性[gydF4y2Ba8gydF4y2Ba，gydF4y2Ba9gydF4y2Ba，gydF4y2Ba10gydF4y2Ba，gydF4y2Ba11gydF4y2Ba］．我们的实验室做了一个大的交叉gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba与普通小麦品系7182进行杂交，获得F1杂交种H811 (2gydF4y2BangydF4y2Ba= 28, ABDNs)，使用体外培养的年轻胚胎。用秋水仙碱处理的H811与7182进行杂交和回交，得到七倍体杂交种H8911gydF4y2BangydF4y2Ba= 49, AABBDDNs)。随后，将H8911回交至7182或与其他几个小麦品种杂交，得到一系列的小麦-gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba衍生系包括小麦gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba1Ns-7Ns二组体加成系[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba，gydF4y2Ba13gydF4y2Ba，gydF4y2Ba14gydF4y2Ba，gydF4y2Ba15gydF4y2Ba，gydF4y2Ba16gydF4y2Ba，gydF4y2Ba17gydF4y2Ba， 2Ns(2D)二组替代线[gydF4y2Ba18gydF4y2Ba， 5Ns(5D)二组取代系[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba]、易位线[gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba21gydF4y2Ba］．这些小麦,gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba衍生系比它们的小麦亲本具有更多的农艺性状，证明了这一点gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba是小麦改良的有用的野生亲缘。然而，所有已知的小麦gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba易位线特征不明显[gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba21gydF4y2Ba，gydF4y2Ba22gydF4y2Ba，gydF4y2Ba23gydF4y2Ba］．尽管先前的研究确认了小麦和gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba某些小麦的染色体gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba衍生系、这些异种染色体在小麦中的稳定性、它们与小麦染色体的同源关系以及小麦染色体中的实际易位位点仍有待研究。因此，确定稳定小麦的染色体组成gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba易位系可促进这类资源在小麦育种中的应用。gydF4y2Ba

小麦野生亲缘的抗病基因在白粉病的防治中起着重要作用。在25个小麦近缘属中，有14个表现出对白粉病的免疫力，包括gydF4y2BaSecalegydF4y2Ba［gydF4y2Ba24gydF4y2Ba]，gydF4y2Ba山羊草属gydF4y2Ba［gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]，gydF4y2BaThinopyrumgydF4y2Ba［gydF4y2Ba26gydF4y2Ba),而gydF4y2BaHaynaldia摘要gydF4y2Ba［gydF4y2Ba27gydF4y2Ba］．gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba也对白粉病免疫，但小麦-gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba迄今为止还没有关于白粉病抗性衍生系的报道。gydF4y2Ba

在本研究中，我们开发了一种新型小麦gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba易位系与抗白粉病FgydF4y2Ba_7gydF4y2Ba小麦的后代gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba七倍体系H8911 ×硬粒小麦(gydF4y2Ba小麦属植物硬质gydF4y2BaL 2gydF4y2BangydF4y2Ba= 28, AABB) Trs-372线。本研究的目的是:(a)用细胞遗传学方法确定转位异体染色体段的配对和固有稳定性;(b)利用分子标记和荧光原位杂交(FISH)检测衍生系的染色体组成;(c)使用小麦15k单核苷酸多态性(SNP)阵列确定染色体上易位位点的物理位置;(d)评价新品系的农艺性状，预测其在小麦育种中的应用潜力。gydF4y2Ba

TR77的有丝分裂细胞gydF4y2Ba

TR77的中期有丝分裂根尖细胞(rtc)约98%的染色体数为2gydF4y2BangydF4y2Ba= 42。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba一、表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)在显微镜下筛选的136个有丝分裂rtc中，这些rtc是从不同植物中随机选择的。在中期，所有的染色体都明显分离。用全基因组DNA进行基因组原位杂交(GISH)分析gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba在同一张幻灯片上，以小麦7182为探针，以小麦7182为块，识别出一对具有强烈黄绿色杂交信号的染色体片段(图1)。gydF4y2Ba1gydF4y2Bab).每个信号都是从小麦染色体的近一半发出的，并且清楚地覆盖了通过着丝粒连接的染色体的整个短臂和部分长臂(图1)。gydF4y2Ba1gydF4y2BaC)，表明小麦染色体明显转位gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba染色体片段。因此，TR77是小麦-gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba线与大段易位。gydF4y2Ba

TR77减数分裂细胞中的染色体gydF4y2Ba

TR77中期花粉母细胞(PMCs)染色体配置为2gydF4y2BangydF4y2Ba= 21II(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,无花果。gydF4y2Ba2gydF4y2Baa).在减数分裂后期I，未观察到三价体或四价体和滞后染色体(图1)。gydF4y2Ba2gydF4y2Bab).对重要裂变期PMCs的GISH分析发现，在减数分裂前期I有一个具有半圆形荧光信号的四分体(图1)。gydF4y2Ba2gydF4y2Bac)，当染色体排列在赤道板上时，出现了带有部分黄绿色信号的杆状染色体(图1)。gydF4y2Ba2gydF4y2Bad)，分离成两条染色体，最后移动到减数分裂后期I细胞的两极(图1)。gydF4y2Ba2gydF4y2Bae).在减数分裂末期II，四个精子都携带一个荧光片段(图。gydF4y2Ba2gydF4y2Baf).对的转置gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba染色体片段在小麦背景下表现出正常的突触、配对、分离和遗传，因此，它们来自相同的同源组，证实TR77是一种细胞遗传学上稳定的小麦-gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba易位。gydF4y2Ba

TR77的分子标记分析gydF4y2Ba

我们筛选了分布在小麦染色体长臂和短臂之间的384对SSR引物，以确定TR77中转位小麦染色体的同源类群(表SgydF4y2Ba1gydF4y2Ba，图SgydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．除5D在TR77的5DL上只扩增了少数标记外，其他小麦基因组上的标记扩增了小麦亲本系7182与TR77之间相同的小麦染色体特异性条带，因此TR77可能丢失了5D染色体的全部短臂和部分长臂。小麦5D染色体SSR标记的进一步比较gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,无花果。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)发现5DS和部分5DL引物扩增了亲本7182的小麦D基因组特异性条带，而在TR77中未扩增，证实了5D染色体短臂和部分长臂在TR77中缺失，易位位置可能在标记附近gydF4y2BaXcfd8gydF4y2Ba因为记号笔gydF4y2BaXgdm153gydF4y2Ba接近gydF4y2BaXcfd8gydF4y2Ba在TR77中未扩增。gydF4y2Ba

在来自7个小麦同源组的78对EST-STS标记中，3对引物，gydF4y2BaBF146187gydF4y2Ba，gydF4y2BaBE444644gydF4y2Ba而且gydF4y2BaCD452608,gydF4y2Ba从小麦同源组5 (5AS, 5BS, 5DS)中提取gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，图SgydF4y2Ba1gydF4y2Ba和无花果。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)放大的gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba而在小麦品系7182中未发现，说明这3个标记均为Ns基因组特异性标记，而TR77系的异染色体片段来源于此gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba5 ns染色体。gydF4y2Ba

TR77的FISH分析gydF4y2Ba

以重复寡核苷酸序列pSc119.2和pTa535为探针，进行FISH分析，确定转位后的小麦染色体。TR77系、普通小麦7182和gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba可以从图中看出。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba分别是A b c。TR77的所有染色体具有与小麦系7182相同的荧光核型[gydF4y2Ba28gydF4y2Ba，gydF4y2Ba29gydF4y2Ba]，除了3D和5D染色体(图。gydF4y2Ba5gydF4y2BaD)显示易位。在小麦5D染色体的长臂和3D染色体的短臂之间观察到一个断裂位点(图1)。gydF4y2Ba5gydF4y2Bae)，这是由于小麦5D染色体大部分丢失，剩下的5DL段与3D染色体大部分结合所致(3DS . d)gydF4y2Ba·gydF4y2Ba3DL)变成5DL-3DSgydF4y2Ba·gydF4y2Ba3 dl。另一个断裂位点是在小麦3DS染色体与大部分新获得染色体之间gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba染色体5Ns (NsLgydF4y2Ba·gydF4y2BaNsS段(图。gydF4y2Ba5gydF4y2Bae)由于剩余3DS段和5Ns段(NsL)之间的相互易位和重组gydF4y2Ba·gydF4y2BaNsS)gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba形成新的易位染色体3s - nslgydF4y2Ba·gydF4y2BaNsS。因此，TR77是一个具有双易位的易位系。gydF4y2Ba

利用SNP阵列比较TR77与其亲本的指纹图谱gydF4y2Ba

为了确定TR77的染色体组成，利用小麦15k SNP阵列对TR77及其亲本进行基因分型(表S2)。总的来说，TR77和7182之间所有21条染色体上的共同SNP序列比例显著高于TR77和7182之间gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba除了第5组染色体在TR77和7182之间相同SNP位点的百分比最低外(表5)gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba,无花果。gydF4y2Ba6gydF4y2Baa) TR77和外源亲本之间相同SNP位点比例最高的5D染色体gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba证实了这种易位发生在小麦和小麦之间gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba在同源染色体5上。比较TR77与其亲本7182在5D染色体上对应的SNP位置(图1)。gydF4y2Ba6gydF4y2Bab)，我们发现Affymetrix SNP ID Affx-111,836,242和Affx-111,527,395在5D染色体的202.3 Mb到213.1 Mb之间存在明显的边界，并假设在该区间发生易位。gydF4y2Ba

TR77的农艺性状及其对白粉病的抗性gydF4y2Ba

对TR77及其亲本(普通小麦7182、硬粒小麦Trs-372、gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba)(表gydF4y2Ba4gydF4y2Ba和无花果。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)．TR77表现出与小麦亲本完全不同的穗性状。与亲本相比，TR77穗呈圆锥状，无芒，植株较高，穗长，每穗粒数多(gydF4y2BaPgydF4y2BaTR77与普通小麦亲本7182和Trs-372之间的差异< 0.01)gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2BaTR77增加了穗长和穗小穗数，但也增加了株高。gydF4y2Ba

TR77对白粉病感染的反应在生长室和田间进行了评价。对照品种TR77及其亲本在相同的条件下种植，以确保结果的准确性。苗龄惠仙红(IT = 4)、绵阳11号(IT = 4)、7182株系(IT = 3)和Trs-372株系(IT = 3)的易感霉变侵染类型较多gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba(IT = 0)和TR77 (IT = 0;)对白粉病几乎免疫(图。gydF4y2Ba7gydF4y2Bad).在成虫阶段，TR77叶片在同一位置上的孢子明显少于对照材料绵阳11号和中国春(图)。gydF4y2Ba7gydF4y2Bae)。gydF4y2Ba

小麦是一种自花授粉的植物，因此它可能进化得不够快，无法满足现代人的需求。现代小麦育种家通常通过面包小麦育种系之间的杂交或使用诱变、转基因方法等来创造所需的遗传变异。gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba］．然而，对于诱变而言，由于诱变过程的随机性、异源多倍体小麦基因组庞大而复杂、大多数靶性状的数量特性以及转化基因型的特异性，使得诱变小麦的育种仅限于少数基因型中的少数性状[gydF4y2Ba31gydF4y2Ba]，使杂交育种成为小麦育种中创造新变种的最广泛使用的策略。然而，长期的杂交使小麦遗传多样性缩小，导致许多对抗病、植物适应和生产力有用的基因丢失。小麦及其亲缘小麦的广泛杂交可以将外来遗传物质引入普通小麦，产生所需的遗传变异，创造新的种质资源，这对小麦新品种的可持续发展具有重要意义[gydF4y2Ba32gydF4y2Ba］．gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba是小麦的亲缘种，具有许多对小麦改良有价值的优良性状。许多小麦系携带遗传物质gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba表现出突出的农艺性状。例如，小麦-gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba1Ns二组体添加线显示种子中微量元素的储存增加[gydF4y2Ba10gydF4y2Ba］．此外，2Ns、3Ns、4Ns和5Ns二组体添加系和2Ns(2D)取代系对条锈病具有抗性[gydF4y2Ba13gydF4y2Ba，gydF4y2Ba14gydF4y2Ba，gydF4y2Ba15gydF4y2Ba，gydF4y2Ba16gydF4y2Ba，gydF4y2Ba18gydF4y2Ba］．6Ns二组体加成系和小片段易位系比其小麦亲本具有双小穗和每穗更多的籽粒[gydF4y2Ba13gydF4y2Ba，gydF4y2Ba21gydF4y2Ba]， 7Ns二组体添加系对叶锈病表现出较高的抗性[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba］．然而，只有少数小麦gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba尽管易位系很重要，但仍可用于育种。在本研究中，我们鉴定了一种新型小麦gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba运输部分货物的运输线gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba在小麦3D和5D染色体上发生了双互易位。该易位系表现出对小麦叶片病害白粉病的抗性。gydF4y2Ba

在小麦背景下，外源染色体片段能否稳定地传递给它们的小麦后代决定了该衍生系在育种中的有用性[gydF4y2Ba33gydF4y2Ba］．在本研究中，TR77的rtc和PMCs的染色体组成和行为表明，TR77的减数分裂I前期有42条染色体，21个二价体，I后期无滞后染色体。GISH分析表明，TR77携带一对独特的染色体，由两种染色体片段组成gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba和小麦的片段gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba来自第5个同源基团(5Ns)。TR77中易位的5Ns染色体段在中期I正常配对，在复制分裂阶段与拼接的小麦染色体同步，因此是稳定遗传的。gydF4y2Ba

基因组特异性DNA标记可用于小麦特异染色体的鉴定和异种染色体与小麦的同源性鉴定。杜等人[gydF4y2Ba13gydF4y2Ba发现了一种小麦gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba使用EST-STS标记的5Ns二组体添加系;李等人。[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba发现了一种小麦gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba5Ns(5D)二组替代系采用SSR、EST-STS、SCAR标记。在本研究中，我们使用小麦基因组特异性SSRs和gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba确定TR77染色体组成的基因组特异性EST-STSs，发现着丝粒附近的5DS和5DL上的SSRs扩增了亲本7182的小麦基因组特异性条带，但在易位系TR77上没有，而在第5同源群上的3个EST-STSs [gydF4y2Ba13gydF4y2Ba]扩增了TR77和gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba．这些结果表明，小麦5D染色体靠近着丝粒的短臂和部分长臂被取代gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba5号染色体ns。许多研究发现同源染色体具有显著的保守性，任何缺失的遗传内容通常都有相应的同源染色体来补充[gydF4y2Ba34gydF4y2Ba，gydF4y2Ba35gydF4y2Ba，gydF4y2Ba36gydF4y2Ba，gydF4y2Ba37gydF4y2Ba］．在H8911 × Trs-372杂交中，由于Trs-372只携带A和B基因组，染色体重组主要发生在D和Ns基因组之间，特别是小麦5D和Ns基因组之间的相互易位gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba5Ns染色体产生一个新的5DL-5NsLgydF4y2Ba·gydF4y2Ba5 nss染色体。gydF4y2Ba

高密度SNP阵列可以通过比较后代和供体亲本之间的标记序列一致性来跟踪来自不同物种的染色体来源。在本研究中，TR77与其亲本7182的15k SNP阵列数据比较，证实TR77的D基因组来自7182，而a和B基因组来自小麦品系7182与硬粒Trs-372的染色体重组。TR77基因组与的基因组相似性极低gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba除了TR77的5D染色体具有较高比例的相同SNP位点gydF4y2Bap . huashanica。gydF4y2Ba此外，TR77的5D与其小麦亲本7182的同源SNP位点比例低于其他染色体。这些结果表明，易位最可能发生在小麦5D染色体上，这与以往的DNA标记和GISH研究结果一致。为了确定易位位点，我们根据中国春季参考基因组中所有SNP标记的物理位置对5D染色体上的所有SNP标记进行了排列，在202.3 Mb ~ 213.1 Mb之间发现了一个明显的物理边界。的gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba染色体段位于202.3 Mb之前，包括着丝粒区185.6 Mb至188.7 Mb [gydF4y2Ba38gydF4y2Ba]，普通小麦(5DL)片段位于染色体213.1 Mb后。因此，TR77的易位断裂位置在小麦5D染色体着丝粒附近。gydF4y2Ba

FISH探针Oligo-pSc119.2和Oligo-pTa535可根据有丝分裂细胞中标准的FISH核型，准确区分小麦所有42条常见染色体[gydF4y2Ba39gydF4y2Ba，gydF4y2Ba40gydF4y2Ba］．许多小麦衍生系，包括取代系和易位系已用这种方法鉴定出来[gydF4y2Ba41gydF4y2Ba，gydF4y2Ba42gydF4y2Ba，gydF4y2Ba43gydF4y2Ba］．此外，利用FISH可以检测小麦染色体的结构变化。例如，利用FISH技术确认了小麦品种沪麦15的5BL-7BS染色体的互位易位和小麦品种明显169的4BL-6AL染色体的互位易位[gydF4y2Ba44gydF4y2Ba］．然而在本研究中，FISH没有检测到5DL-5NsL。5NsS染色体，因此，5NsLgydF4y2Ba·gydF4y2Ba5NsS可能在小麦染色体内发生另一个易位，这被FISH鉴定为3DS-5NsL两个易位gydF4y2Ba·gydF4y2Ba5NsS和5DL-3DSgydF4y2Ba·gydF4y2BaTR77中的3DL。之前对7182系的FISH核型研究没有发现小麦染色体3D和5D之间的易位[gydF4y2Ba29gydF4y2Ba］．因此，第一次易位可能发生在小麦5D和gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba5Ns染色体生成5DL-5NsL染色体gydF4y2Ba·gydF4y2Ba小麦3D与5DL-5NsL之间发生了相互易位gydF4y2Ba·gydF4y2Ba.5NsS染色体产生3DS-5NsLgydF4y2Ba·gydF4y2Ba5NsS和5DL-3DSgydF4y2Ba·gydF4y2BaTR77中的3DL。在两次易位事件中，TR77失去了小麦5D染色体的短臂和部分长臂，获得了小麦5D染色体的短臂(5NsS)和部分长臂(5NsL)gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba5号染色体。因此，TR77是小麦-gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba3DS-5NsL双易位线gydF4y2Ba·gydF4y2Ba5NsS和5DL-3DSgydF4y2Ba·gydF4y2Ba3 dl。5 nslgydF4y2Ba·gydF4y2Ba5NsS片段通过染色体间重组与小麦3D染色体结合。小麦的第五组染色体携带gydF4y2BaPh1gydF4y2Ba控制物种间杂交能力的基因[gydF4y2Ba45gydF4y2Ba］．此前的一项研究发现，小麦5BL染色体包含一个来自小麦染色体3A的端粒插入[gydF4y2Ba46gydF4y2Ba］．还有携带T5BS的小麦品系。7 b, T5BL。7BL and T5AS.3BS chromosomes was identified using FISH technology [47gydF4y2Ba］．这些研究结果支持了小麦5D和3D染色体之间可能发生的相互易位。gydF4y2Ba

来自小麦野生亲缘的白粉病抗性基因通常是持久的，具有广谱抗性[gydF4y2Ba48gydF4y2Ba］．gydF4y2BaPm21gydF4y2Ba是从gydF4y2BaHaynaldia摘要gydF4y2Ba6VS对小麦和高度抗白粉病的6VS/6AL易位系仍然有效，并在生产中广泛应用[gydF4y2Ba27gydF4y2Ba］．本研究表明，TR77在苗期和成年期对白粉病几乎免疫，但其两个小麦亲本均表现出敏感症状，表明TR77的抗白粉病性状来自于gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba．因此，TR77的鉴定填补了小麦-的空白gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba衍生系以前具有较好的抗白粉病性。农艺性状是评价外源染色体片段品系价值的重要标准。TR77比其亲本小麦穗更大，穗粒更多，因此具有增产潜力。TR77与当地适应的小麦品种杂交可以将这些期望的农艺性状转移到新的小麦品种上。TR77株系表现出许多优良性状，这意味着这些优良基因极有可能从gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba由于小麦和小麦之间的染色体交换和重组gydF4y2Bap . huashanica。gydF4y2Ba被替换的部分是靠近着丝粒的染色体的整个短臂和部分长臂，通常认为这部分染色体含有很少的可表达基因。因此，控制芒长和提高白粉病抗性和穗发育的基因可能位于5NsS染色体上。gydF4y2Ba

在本研究中，TR77被鉴定为一种新的小麦-gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2BaT3DS-5NsLgydF4y2Ba·gydF4y2Ba5NsS和T5DL-3DSgydF4y2Ba·gydF4y2Ba3DL双易位系穗大，穗粒多，抗白粉病能力优于亲本小麦。TR77的分子、细胞遗传学和表型分析确定了其染色体组成、易位位置、遗传稳定性以及优良的农艺性状。TR77可作为提高小麦白粉病抗性和产量的重要种质，用于小麦双易位研究。gydF4y2Ba

植物材料gydF4y2Ba

植物材料包括一条线gydF4y2Ba新huashanicagydF4y2Ba璟(2gydF4y2BangydF4y2Ba= 14, nsn)产于中国陕西省华山，1种普通小麦(gydF4y2Ba小麦gydF4y2Ba第7182行(2)gydF4y2BangydF4y2Ba= 42, AABBDD)， 1个硬膜(gydF4y2Ba小麦属植物硬质gydF4y2BaTrs-372 (2gydF4y2BangydF4y2Ba= 28, AABB)，小麦-gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba易位系TR77从FgydF4y2Ba_7gydF4y2BaTrs-372系与小麦杂交的后代gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba推导线H8911(2gydF4y2BangydF4y2Ba= 49, AABBDDNs)gydF4y2Ba．gydF4y2Ba七倍体系H8911是由宽杂交产生的gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba7182行通过人工胚胎拯救和回交[gydF4y2Ba8gydF4y2Ba］．以普通小麦品种惠仙红、绵阳11号和中国春为对照，评价抗病性。gydF4y2Ba

小麦野生相关材料gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba是由陈树阳和徐兰然发现并收集的，他们是第一个在普通小麦和小麦之间进行杂交的研究者gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba20世纪80年代的中国[gydF4y2Ba8gydF4y2Ba］．小麦材料采自中国国家小麦改良中心，小麦品种为小麦品种gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba衍生系由我们实验室开发。所有材料都在西北农林科技大学农学院存放和种植。实验材料的采集和处理符合《中国野生植物保护条例》。采用标准的十六烷基三甲铵溴化铵法从叶片组织中提取和纯化基因组DNA [gydF4y2Ba49gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

细胞学分析gydF4y2Ba

取样的适宜阶段为根长为1.5 cm，幼穗长为5 cm [gydF4y2Ba50gydF4y2Ba］．切下的根立即在冰水混合物中浸泡12-20小时，然后转移到Carnoy固定液I中24小时，最后保存在−20℃。适当时期的幼穗用Carnoy固定液处理24 h后冷藏。根尖分生组织用2%纤维素酶加1%果胶酶在37℃下消化50分钟以上，然后分散在醋酸中。在400倍显微镜下观察根尖细胞染色体(OLYMPUS BH2，日本)。花药用1%乙酰胭脂红染色，轻轻折断进行细胞学观察。对裂相良好的玻片进行干燥标记，以备后续实验。显微镜观察是为了确定TR77的染色体数量和行为的第一步。在这个过程中，每株植物都编号，以确保根和穗来自同一株植物。gydF4y2Ba

DNA标记分析gydF4y2Ba

SSR引物共384对[gydF4y2Ba51gydF4y2Ba，gydF4y2Ba52gydF4y2Ba]从21条小麦染色体中筛选出TR77中易位的小麦染色体。此外，为了鉴定TR77中引入的异体染色体的同源群，有87对EST-STS标记(gydF4y2Bahttps://wheat.pw.usda.gov/SNP/new/pcr_primers.shtmlgydF4y2Ba)从与小麦的相应染色体具有同源性的7个小麦同源组中选取gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba．dozhrar等人进行PCR检测。[gydF4y2Ba53gydF4y2Ba]，采用ABI PRISM 3730 DNA分析仪(Applied Biosystems, USA)对PCR产物进行分离。SSR标记数据采用GeneMarker V1.97 (Soft Genetics LLC, USA)软件进行标记。gydF4y2Ba

原位杂交gydF4y2Ba

对于GISH分析，混合gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba基因组DNA和DiG-Nick翻译混合物(德国罗氏)以2:1的比例在15°C 1.5 h作为标记探针，跟随Wetzel等人[gydF4y2Ba54gydF4y2Ba赵等人。[gydF4y2Ba55gydF4y2Ba］．加入anti -地高辛-荧光素混合物(Roche, Germany)使杂交后的探针可视化。用Vectashield H1300 (Vector Laboratories, USA)对小麦染色体进行染色。FISH分析中，利用Oligo-pSc119.2 (6- fam -5’ccgttttgtg GACTATTACT CACCGCTTTG GGGTCCCATA GCTAT)和Oligo-pTa535-1 (tamra -5’aaaaacttga CGCACGTCAC GTACAAATTG gacaaactt TTCGGAGTAT CAGGGTTC)的匹配，分析TR77的染色体组成。与小麦染色体杂交后，可以看到两个oligo探针的标准核型[gydF4y2Ba28gydF4y2Ba，gydF4y2Ba39gydF4y2Ba］．FISH实验按照Patokar等人的描述进行。[gydF4y2Ba56gydF4y2Ba和朗等人。[gydF4y2Ba57gydF4y2Ba］．使用OLYMPUS BX60荧光显微镜和彩色相机(企鹅，日本)在400倍放大倍率下观察和捕获信号。gydF4y2Ba

小麦的特性gydF4y2Bap . huashanicagydF4y2Ba利用小麦15k SNP序列进行易位gydF4y2Ba

利用TR77及其亲本的高质量基因组DNA与Illumina小麦15k SNP阵列杂交，在中国金标记生物技术有限公司(北京)进行位点差异扫描。该序列包含13199个SNP位点，分散在21条小麦染色体上。材料间染色体中具有相同基因型的位点数除以SNP有效位点总数，计算为每条染色体中相同标记的百分比。数据分析采用SigmaPlot V12.5 (SYSTAT软件，美国)，染色体图谱绘制采用MapChart V2.32(荷兰瓦赫宁根大学研究中心)。gydF4y2Ba

农艺性状与白粉病抗性的鉴定gydF4y2Ba

p . huashanicagydF4y2Ba在田间对TR77及其亲本进行了穗长、株高、小穗数、分蘖数、籽粒数、千粒重和自交肥力7个农艺性状的评价。连续两年重复采集5个植物的平均值，以确保数据的准确性。gydF4y2Ba

在生长室内对苗期的白粉病抗性进行了评价。白粉病gydF4y2Ba英国达人gydF4y2Ba以小麦品种惠仙红为敏感对照，接种E09号苗。在四川省某田间，以绵阳11号为敏感对照，对小麦成株白粉病抗性进行了评价。田间通常是白粉病高发地区，因此被试植物自然感染。评价患者对白粉病的反应[gydF4y2Ba58gydF4y2Ba]和An [gydF4y2Ba59gydF4y2Ba］．总之，在小麦苗期采用感染类型(IT) 0 - 4分级法对其感染反应进行评分，其中IT = 0、0;、1、2、3和4分别表示免疫、近免疫、高抗、中抗、中感和易感。在成虫阶段，植物对感染的反应记录为白粉病孢子占每株植株同一位置叶片总面积的百分比[gydF4y2Ba60gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

所有相关植物材料均可获得，并符合中国野生植物保护条例。支持本文结论的数据集包含在本文及其补充文件中。gydF4y2Ba

EST-STS:gydF4y2Ba

表达序列标记-序列标记站点gydF4y2Ba

鱼:gydF4y2Ba

荧光原位杂交gydF4y2Ba

吉斯”:gydF4y2Ba

基因组原位杂交gydF4y2Ba

它:gydF4y2Ba

免疫类型gydF4y2Ba

p . huashanicagydF4y2Ba：gydF4y2Ba

新huashanicagydF4y2Ba璟gydF4y2Ba

PMC:gydF4y2Ba

花粉母细胞gydF4y2Ba

疤痕:gydF4y2Ba

序列特征放大区gydF4y2Ba

SNP:gydF4y2Ba

单核苷酸多态性gydF4y2Ba

苏维埃社会主义共和国:gydF4y2Ba

简单序列重复gydF4y2Ba

清债信托公司:gydF4y2Ba

根尖细胞gydF4y2Ba

一个也没有。gydF4y2Ba

本研究得到国家自然科学基金(31571650、31771785)、国家重点研发计划(2017YFD0100701)、陕西省农业重点项目(2018ZDXM-NY-006)和陕西省自然科学基础研究基金(2015JM3095)的部分资助。资助者Jixin Zhao和Xinhong Chen构想并设计了这项研究。资助机构在研究的设计、收集、分析和解释数据以及撰写手稿方面没有发挥作用。gydF4y2Ba

从属关系gydF4y2Ba

1. 西北农林科技大学农学院，陕西省植物遗传工程育种重点实验室，陕西杨凌712100gydF4y2Ba

   李家创，赵莉，李茂，吴军，杨群辉，陈新红，赵继新gydF4y2Ba

2. 西北农林科技大学生命科学学院，陕西杨凌712100gydF4y2Ba

   Xueni程gydF4y2Ba

3. 美国农业部，硬冬小麦遗传研究小组，美国堪萨斯州曼哈顿Throckmorton Hall 4008号，66506gydF4y2Ba

   这双白gydF4y2Ba

4. 电子科技大学生命科学与技术学院，四川成都610054gydF4y2Ba

   Zujun杨gydF4y2Ba

贡献gydF4y2Ba

JL, JZ和ZY进行了实验。LZ和ML分析数据。XNC和GB贡献了新的试剂和分析工具。JW和QY贡献了新的方法或模型。JZ和XHC构思和设计了研究。论文由JL和JZ撰写，GB编辑。所有作者都阅读并认可了最终版本的手稿。gydF4y2Ba

相应的作者gydF4y2Ba

对应到gydF4y2Ba轨迹赵gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

伦理批准和同意参与gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

发表同意书gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

作者声明他们没有竞争利益。gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba

施普林格自然对出版的地图和机构附属的管辖权要求保持中立。gydF4y2Ba

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