六倍体小黑麦×六倍体小麦杂交后代中染色体遗传与结构变异鉴定.pdf

Hereditas(Beijing)2024 年 1 月,46(1):6377 收稿日期:20230804;修回日期:20230915;网络发布日期:20231012 基金项目:四川省小麦育种攻关项目(编号：2021YFYZ0002)，四川省财政专项项目(编号：2021ZYGG-003,2022ZZCX003)，四川省科技计划项 目(编 号：2022ZDZX0014)和 四 川 省 农 业 科 学 院 项 目 资 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 作者简介:杨漫宇，博士，助理研究员，研究方向：小麦遗传育种及分子细胞遗传学。E-mail: 通讯作者:杨恩年，博士，研究员，研究方向：小麦遗传育种。E-mail: DOI:10.16288/j.yczz.23-212 研究报告六倍体小黑麦六倍体小麦杂交后代中染色体遗传与结构变异鉴定 杨漫宇1，姚方杰1，杨足君2，杨恩年1 1.四川省农业科学院作物研究所，农业农村部西南地区小麦生物学与遗传育种重点实验室，农业农村部天府种业创新重点实验室(部省共建)，粮油作物绿色种质创新与遗传改良四川省重点实验室，成都 610066 2.电子科技大学生命科学与技术学院，成都 611731 摘要:六倍体小黑麦是普通小麦品种遗传改良的重要基因资源，可以拓宽小麦的遗传基础。本研究以六倍体小黑麦为供体向普通小麦转移黑麦染色质，以探明六倍体小黑麦六倍体小麦杂交、回交后代的染色体遗传特性，为小黑麦种质材料的后续研究和利用奠定基础。以六倍体小黑麦 16 引 171 为母本，六倍体小麦川麦 62 为父本配制杂交及回交组合，利用非变性荧光原位杂交技术(non-denaturing florescence in situ hybridization，ND-FISH)对 F1、BC1F1和 BC1F2植株进行细胞学跟踪鉴定。结果表明，杂种 F1回交结实率为 2.61%；BC1F1植株 2R 染色体传递频率最高；BC1F2植株中黑麦染色体在后代的传递率为 6R4R2R，小麦背景中 5B-7B 相互易位染色体在 BC1F2植株中表现出严重偏分离。在 BC1F1和 BC1F2植株中观察到 24 种结构变异染色体，包括染色体片段、等臂易位染色体、易位染色体以及双着丝粒染色体，且部分 BC1F2植株的种子表现粒长和千粒重均优于六倍体小麦亲本川麦 62。因此，在利用六倍体小黑麦作为桥梁向普通小麦导入黑麦遗传物质时，应尽量采取多次回交的方式，使 D 组染色体迅速恢复，保证后代育性的恢复，同时关注染色体结构变异材料的潜在应用价值。关键词:六倍体小黑麦；六倍体小麦；染色体遗传；ND-FISH；染色体结构变异 64 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 Investigation of chromosomal genetic characteristics and identification of structural variation in the offspring of hexaploid triticalehexaploid wheat Manyu Yang1,Fangjie Yao1,Zujun Yang2,Ennian Yang1 1.Crop Research Institute,Sichuan Academy of Agricultural Sciences,Key Laboratory of Wheat Biology and Genetic Improvement on Southwestern China(Ministry of Agriculture and Rural Affairs of P.R.C.),Key Laboratory of Tianfu Seed Industry Innovation(Co-construction by Ministry and Province),Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Environment-friendly Crop Germplasm Innovation and Genetic Improvement Key Laboratory of Sichuan Province,Chengdu 610066,China 2.School of Life Science and Technology,University of Electronic Science and Technology of China,Chengdu 610054,China Abstract: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 triticalehexaploid 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,BC1F1 and BC1F2 plants were traced and identified non-denaturing florescence in situ hybridization(ND-FISH).The results indicated that the backcross setting rate of hybrid F1 was 2.61%.The transmission frequency of 2R chromosome was the highest in BC1F1 plants while the transmissibility of rye chromosome in BC1F2 plant was 6R4R2R,and the 5B-7B wheat translocation in BC1F2 plants showed severe segregation.A total of 24 structural variant chromosomes were observed both in BC1F1 and BC1F2 plants,including chromosome fragments,isochromosomes,translocations,and dicentric chromosomes.In addition,the seed length and 1000-grain weight of some BC1F2 plants 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.Keywords:hexaploid triticale;hexaploid wheat;chromosomal inheritance;ND-FISH;chromosome structural variation 小麦作为人类最重要的口粮，其安全生产对经济发展和社会稳定均具有重要意义。在小麦遗传改良过程中，长期的定向选育、单一骨干亲本过度使用以及优良品种的大面积推广等，致使品种间同质化现象日趋明显，大量有潜在价值的多态性基因位点丢失，遗传基础日渐狭窄，最终导致现代栽培种产量难以突破以及抗病虫害、抗逆性的能力严重下降13。要突破当前小麦育种的瓶颈，就必须拓宽遗传基础，丰富小麦遗传多样性，继而提高小麦产量、增强抗病(逆)能力，以满足人类对小麦总量的需求。黑麦(Secale cereale L.，RR，2n=2x=14)是小麦的三级基因源，是最早用于小麦遗传改良育种的近缘物种之一，具有许多优良性状，如抗旱耐盐碱4、耐低温5、抗锈病6,7、抗白粉病8和抗蚜虫9等。六倍体小黑麦(2n=6x=42，AABBRR)是利用四倍体硬粒小麦和黑麦杂交然后进行染色体加倍而形成的双二倍体，结合了双亲的有益基因，不仅保持了普通小麦的高产、优质和早熟特性，而且具有黑麦的长 第1期 杨漫宇等:六倍体小黑麦六倍体小麦杂交后代中染色体遗传与结构变异鉴定 65 势旺、抗病和抗逆性强等特点10,11。因此，六倍体小黑麦是普通小麦品种遗传改良的重要基因资源，可以拓宽小麦的遗传基础。六倍体小黑麦更易于与普通小麦杂交，并且利用六倍体小黑麦和普通小麦杂交向普通小麦导入黑麦遗传物质可以避开普通小麦 Kr 基因亲和抑制作用12，使得六倍体小黑麦显示出得天独厚的重要桥梁作用，目前已成功创造出了许多优异种质，在小麦抗病育种改良中发挥了重要作用。舒焕麟等13利用六倍体小黑麦与六倍体小麦进行杂交、回交，选育出一批表现为抗条锈病和(或)抗白粉病的株系；李集临等14利用六倍体小黑麦与六倍体小麦杂交，选育出抗干旱、抗锈病且育性稳定的小麦-黑麦代换系；陈耀锋等15通过六倍体小麦与六倍体小黑麦杂交、多元复交和花培纯合，成功地将小黑麦抗条锈基因定向导入普通小麦中，创制了 12 份抗条锈新种质。Liu 等16利用六倍体小黑麦“Certa”与六倍体小麦“晋麦 47”杂交并回交，选育出条锈病抗性较好的 BC1F4:5株系。Han 等17利用六倍体小黑麦“中饲 237”与六倍体小麦“淄麦 17”杂交、回交再自交多代，选育出农艺性状优于亲本“淄麦 17”且抗白粉病的新种质 AL69。六倍体小黑麦 16 引 171 引自国际玉米小麦改良中心，在四川种植多年表现为条锈病高抗、结实率高且籽粒大，千粒重 55 g 左右，是优良的六倍体亲本。川麦 62 为四川省农业科学院作物研究所选育的小麦品种，含一对 5B-7B 相互易位染色体18，省区试千粒重 49.4 g。本研究以六倍体小黑麦 16 引 171为母本，六倍体小麦川麦 62 为父本进行杂交及回交，并利用非变性原位杂交(non-denaturing florescence in situ hybridization，ND-FISH)技术进行跟踪鉴定，明确每一代植株的染色体构成特点，同时将六倍体小黑麦 16 引 171 的高千粒重和粒长等优良性状导入六倍体小麦川麦 62 中，为持续利用黑麦优异染色质及其诱导的遗传变异，以及小黑麦的优异性状到小麦育种中的后续研究奠定基础。1 材料与方法 1.1 试验材料 本研究利用六倍体小黑麦材料 16 引 171 和六倍体小麦川麦 62 构建试验群体。2020 年 3 月，在四川省农业科学院现代农业科技创新示范园以 16 引171 为母本、川麦 62 为父本构建杂交组合。2021 年3 月，以杂种 F1为母本、川麦 62 为父本进行回交，剩余麦穗套袋进行自交。2022 年 3 月，杂种 BC1F1抽穗后套袋自交，获得的 BC1F2种子用于后续实验。1.2 ND-FISH 分析 利用寡核苷酸探针分别对亲本 16 引 171、杂种F1、BC1F1和 BC1F2进行 ND-FISH 分析。种子萌发、根尖预处理、固定以及染色体制备参照 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 种寡核苷酸探针用于识别黑麦和小麦染色体20,21，探针序列参考Fu 等20和 Tang 等21，由上海英骏生物技术有限公司合成。分别在 Oligo-1162 和 Oligo-pTa535-1 的 5端用 6-carboxytetramethylrhodamine(Tamra)进行标记，在 Oligo-pSc119.2-1 的 5端用 6-carboxyfluorescein(6-FAM)进 行 标 记，在Oligo-(GAA)7的5 端用 cyanidin 5(Cy5)进行标记。ND-FISH 程序参照 Fu等20方法。染色体用 4,6-二脒基-2-苯基吲哚(4,6-diamidino-2-phenylindole，DAPI)进行染色，使用德国徕卡荧光显微镜 DM4B 进行杂交信号检测和图像采集。1.3 数据分析 Microsoft Excel 2007 用于统计分析。DPS 统计软件用于卡方检验分析。2 结果与分析 2.1 亲本核型分析 六倍体小麦川麦 62 含一对 5BS7BS 和一对 5BL7BL 易位染色体，具体核型参照文献18的描述。本研究利用 Oligo-1162、Oligo-pSc119.2-1、Oligo-pTa535-1 和 Oligo-(GAA)7共 4 种寡核苷酸探针对六倍体小黑麦亲本 16 引 171 的根尖有丝分裂中期染色体进行 ND-FISH 分析(图 1，a 和 b)。结果显示，16 引 171 的根尖细胞含有 42 条染色体，包括 7对 A 基因组染色体、7 对 B 基因组染色体和 7 对 R 66 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 图 1 六倍体小黑麦 16 引 171 根尖中期染色体标准核型图 Fig.1 Standard karyotypic of metaphase chromosomes in root-tip of hexaploid triticale 16yin171 a：以 Oligo-1162(红色信号)、Oligo-pTa535-1(红色信号)和 Oligo-pSc119.2-1(绿色信号)作为探针；b：以 Oligo-(GAA)7(红色信号)作为探针；c：染色体分别来自于图 a 和图 b。染色体被 DAPI 染为蓝色，标尺长度为 10 m。基因组染色体，为完全双二倍体小黑麦(AABBRR)，建立的标准核型见图 1c，该核型用于杂交后代中小麦和黑麦染色体的识别及染色体结构变异的确认。2.2 六倍体小黑麦六倍体小麦杂种 F1、BC1F1结实率及染色体组成 以六倍体小黑麦 16 引 171 为母本，六倍体小麦川麦 62 为父本配制杂交组合，共获得 5 粒杂交种。ND-FISH 结果显示(图 2)，5 个杂种 F1植株染色体条数均为 42，包括 7 对 A 基因组染色体、7 对 B 基因组染色体(其中，正常 5B 和 7B 各 1 条，源自亲本16引171；5BS7BS和5BL7BL易位染色体各1条，源自亲本川麦 62)、7 条 D 基因组染色体和 7 条 R基因组染色体，染色体组成为 AABBDR(2n=42)。结果表明获得的杂种为真杂种。杂种 F1套袋自交不结实，未获得 F2种子。以杂种 F1为母本，川麦 62 为父本进行回交，对人工去雄的 230 个小花进行授粉，成功获得 6 粒种子(结实率为 2.61%)。6 个 BC1F1植株(编号分别为：Z9-1、Z9-2、Z9-3、Z9-4、Z9-5 和 Z9-6)套袋自交，仅植株Z9-1 可育，获得 104 粒 BC1F2种子，其余 5 个 BC1F1植株均不育，未能获得 BC1F2种子。ND-FISH 分析发现，6 个 BC1F1植株的染色体数目分布在 3944条之间，黑麦染色体数目分布在 05 条之间，植株Z9-3 不含黑麦染色体，其余 5 个植株含有黑麦染色体，其中 1 个植株含 1R，5 个植株含 2R，3 个植株含 3R，3 个植株含 4R，3 个植株含 5R，3 个植株含6R，4 个植株含 7R(表 1，图 3)。植株 Z9-1 染色体数目为 44 条(表 1；图 3，a、d、m)，含 2R、6R、4R 等 3 条黑麦染色体，其中 4R 染色体主要以长臂端部断裂 4RBroken的形式存在，含 5B、7B、5BS7BS和 5BL7BL 各 1 条，其余 A 组和 B 组染色体完整，D 组染色体数为 13 条，仅缺失 1 条 6D 染色体。其余 5 个植株的 A 组和 B 组染色体完整(除植株 Z9-1含 3 条 7A 外)，D 组染色体缺失数目较多，在 37条之间。第1期 杨漫宇等:六倍体小黑麦六倍体小麦杂交后代中染色体遗传与结构变异鉴定 67 图 2 六倍体小黑麦六倍体小麦杂种 F1根尖中期染色体核型图 Fig.2 Karyotypic of metaphase chromosomes in root-tip of hybrid F1 from hexaploid triticale hexaploid wheat a：以 Oligo-1162(红色信号)、Oligo-pTa535-1(红色信号)和 Oligo-pSc119.2-1(绿色信号)作为探针；b：以 Oligo-(GAA)7(红色信号)作为探针。染色体被 DAPI 染为蓝色，标尺长度为 10 m。表 1 六倍体小黑麦六六倍体小麦回交 BC1F1育性及染色体组成 Table 1 Fertility and chromosome composition of BC1F1 plants from hexaploid triticale hexaploid wheat 杂交组合 世代 材料 编号 育性 染色体 数目 黑麦染色体 5B/7B/5BS7BS/5BL7BL传递类型 其他及变异染色体 16 引 171/川麦 62/川麦 62 BC1F1 Z9-1 可育 44(3)2R、6R、4RBroken1*5B+1*7B+1*5BS7BS+1*5BL7BL 1*6D Z9-2 不育 42(5)2R、3R、4R、6R、7R 2*5BS7BS+2*5BL7BL 1*1D、1*2D、1*3D、1*4D、1*6D Z9-3 不育 39(0)/1*5B+1*7B+1*5BS7BS+1*5BL7BL 1*1D、1*2D、1*3D Z9-4 不育 43(5)2R、3RBroken、4R、5R、7R 2*5BS7BS+2*5BL7BL 1*1D、1*2D、1*5D、1*7D Z9-5 不育 43(5)2R、3R、5R、6R、7R 1*7B+1*5BS7BS+2*5BL7BL 1*1D、1*2D、1*3D、1*5D、1*7D、3*7A Z9-6 不育 39(3T)1R、5R、7R、4DS4DL-2RL 1*5B+1*7B+1*5BS7BS+1*5BL7BL 1*1D、1*2D、1*3D、1*4D、1*5D、1*6D、1*7D、4DS4DL-2RL 染色体数目 44(3)代表这个植株是 44 条染色体，其中含有黑麦 3 条染色体。除染色体数目变化外，BC1F1植株中还存在染色体结构变异现象。例如，植株 Z9-1 中黑麦 4R 染色体长臂端部断裂(图 3，a、d、m)，Z9-4 中黑麦 3R染色体长臂断裂(图 3，g、j、m)，Z9-4 中含有4DS4DL-2RL 易位染色体(图 3，i、l、m)。2.3 六倍体小黑麦六倍体小麦杂种 BC1F2染色体组成 对植株 Z9-1 套袋自交获得的 104 粒 BC1F2种子进行 ND-FISH 分析，染色体组成如表 2 所示。所有BC1F2植株的平均染色体数为 42 条，分布在 4045条之间(不完整染色体计数为 0.5)，其中含 41 条和42 条染色体的植株最多，分别占 35.58%和 32.69%。黑麦染色体数目分布在 04 条之间，含 1 条黑麦染色体的植株最多，占 40.38%，不含黑麦染色体的植株数次之，占 29.81%。后代中含有黑麦染色体 2R、4RBroken和 6R 的 BC1F2植株分别为 23、35 和 41 株，所占比例分别为 22.12%、33.65%和 39.42%。由此可 68 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 图 3 BC1F1植株根尖中期染色体核型图 Fig.3 Karyotypic of metaphase chromosomes in root-tip of BC1F1 plants 图 a、b、c、g、h 和 i 以 Oligo-1162(红色信号)、Oligo-pTa535-1(红色信号)和 Oligo-pSc119.2-1(绿色信号)作为探针；图 d、e、f、j、k和 l 以 Oligo-(GAA)7(红色信号)作为探针。染色体被 DAPI 染为蓝色。图 m 染色体分别来自图 a、b、d、e、g、h、i、j、k 和 l。箭头指示黑麦染色体，标尺长度为 10 m。表 2 BC1F2植株的染色体组成 Table 2 Chromosome composition of BC1F2 plants BC1F2植株的染色体数目 BC1F2植株数 比例(%)黑麦染色体数目BC1F2植株数比例(%)黑麦染色体 BC1F2植株数比例(%)40 1 0.96 0 31 29.81 2R 23 22.12 41 37 35.58 0.5 3 2.88 4RB 35 33.65 41.5 3 2.88 1 42 40.38 6R 41 39.42 42 34 32.69 1.5 8 7.69 42.5 8 7.69 2 15 14.42 43 10 9.62 3 3 2.88 43.5 1 0.96 3.5 1 0.96 44 7 6.73 4 1 0.96 44.5 1 0.96 45 2 1.92 第1期 杨漫宇等:六倍体小黑麦六倍体小麦杂交后代中染色体遗传与结构变异鉴定 69 见，黑麦染色体在后代的传递率为 6R4RBroken2R。在 BC1F1植株 Z9-1 中，6D 为单体，5B/7B/5BS7BS/5BL7BL 染色体为杂合型。在 BC1F2植株中(表 3)，不含 6D 染色体的植株数为 20，占 19.23%；含 1 条 6D 和 2 条 6D 的植株数分别为 65 和 19，分别占 62.50%和 18.27%，卡方检验表明，不含 6D 和含 6D 所占植株数的比例符合 13(P0.05)。另外，根据 ND-FISH 分析结果统计，5B/7B/5BS7BS/5BL7BL 染色体在 BC1F2植株中的存在方式分为 4类(前 3 种类型是主要类型)：第一类是 1*5B+1*7B+1*5BS7BS+1*5BL7BL，为 杂 合 型，植 株 数 为51(49.04%)；第二类是 2*5B+2*7B，为纯合型，植株 数 为13(12.50%)；第 三 类 是2*5BS7BS+2*5BL7BL，为纯合型，植株数为 31(29.81%)；第四类是其他类型，植株数为 9(8.65%)。按照 2 对杂合染色体计算，后代中纯合类型比例的理论值为 1/16，本研究中 2*5B+2*7B 和 2*5BS7BS+2*5BL7BL 这2 种纯合类型分别占 12.50%和 29.81%，均大于理论值，经卡方检验，这 2 类的 P 值分别为 0.02 和0.00(P4RBroken2R。Liu 等16研究发现以相同的六倍体小黑麦为母本，不同的六倍体小麦为父本配制杂交组合，后代中黑麦染色体的出现频率表现很大差异，认为黑麦染色体的传递率受到六倍体小麦背景的影响。本研究中，我们观察到的黑麦染色体的传递频率与前人的研究结果差异较大，因此，推测可能与六倍体小麦川麦 62 的遗传背景中特异染色体结构有关。对源自 BC1F1植株 Z9-1 的 104 个 BC1F2后代研 第1期 杨漫宇等:六倍体小黑麦六倍体小麦杂交后代中染色体遗传与结构变异鉴定 73 图 6 BC1F2植株中易位染色体示例图 Fig.6 Examples of translocation chromosomes in BC1F2 plants 图 a、b、c 和 g 以 Oligo-1162(红色信号)、Oligo-pTa535-1(红色信号)和 Oligo-pSc119.2-1(绿色信号)作为探针；图d、e、f 和 h 以 Oligo-(GAA)7(红色信号)作为探针。染色体被 DAPI 染为蓝色。图 i 染色体分别来自图 a、b、c、d、e、f、g 和 h。箭头指示易位染色体，标尺长度为 10 m。究发现，不含 6D 和含 6D 所占植株数的比例符合 13(P0.05)，即符合孟德尔分离比例。由于六倍体小麦亲本川麦 62 含 5BS7BS 和 5BL7BL 易位染色体各1 对，其 5B/7B/5BS7BS/5BL7BL 染色体在 BC1F2植株中主要以 3 种方式存在，第一类是杂合型1*5B+1*7B+1*5BS7BS+1*5BL7BL(49.04%)，第二类是纯合型 2*5B+2*7B(12.50%)；第三类是纯合型2*5BS7BS+2*5BL7BL(29.81%)。2 种纯合类型占比均显著大于理论值 1/16(P0.05)，表现为偏分离，且纯合型 2*5BS7BS+2*5BL7BL 的比例显著大于纯合型 2*5B+2*7B。说明纯合型 2*5BS7BS+2*5BL7BL在后代中出现的概率更高。据报道，许多欧洲小麦品种携带 5BS7BS/5BL7BL 易位染色体27,28。四川省农业科学院作物研究所小麦新材料课题组也首次成功培育出了含有5BS7BS/5BL7BL易位染色体的小麦新品种18,29,30，并且在长期的育种应用中发现，74 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 图 7 BC1F2植株中双着丝粒染色体示例图 Fig.7 Examples of dicentric chromosomes in BC1F2 plants 图 a、b 和 c 以 Oligo-1162(红色信号)、Oligo-pTa535-1(红色信号)和 Oligo-pSc119.2-1(绿色信号)作为探针；图 d、e 和 f 以 Oligo-(GAA)7(红色信号)作为探针。染色体被 DAPI 染为蓝色。图 g 染色体分别来自图 a、b、c、d、e 和 f。箭头指示双着丝粒染色体，标尺长度为10 m。大部分高产、抗病且农艺性状优良的高代品系中均能追踪检测到 5BS7BS/5BL7BL 这对易位染色体。因此，本研究中纯合型 2*5BS7BS+2*5BL7BL 在后代中出现的频率高于纯合型 2*5B+2*7B 的传递率，结果解释了5BS7BS/5BL7BL染色体在欧洲冬小麦品 种 高 频 率 存 在，以 及 在 育 种 的 优 势 后 代 中5BS7BS/5BL7BL 易位染色体的优先传递。3.3 六倍体小黑麦六倍体小麦杂种后代中染色体结构变异 大量研究表明，在以小黑麦为供体向六倍体小麦转移黑麦染色质的过程中，小黑麦与六倍体小麦的染色体很容易发生重组，产生新的结构变异染色体。Badaev 等31对六倍体小黑麦与六倍体小麦杂交后代进行细胞遗传学分析，发现 5RS5RS 等臂染色体和 5DL5R 易位染色体。Taketa 等32研究发现六倍体小黑麦 Bronco 90 中携带了 5RS.5RL-4DL 易位染色体。利用 GISH 和 FISH 方法、微卫星和染色体特异性标记对染色体结构进行比较分析，Orlovskaya等33明确了在小黑麦与六倍体小麦杂交过程中基因组发生重组，包括外源物质的渗入和六倍体小麦染色体重排。Fu 等34,35在小麦-黑麦附加系和代换系后 第1期 杨漫宇等:六倍体小黑麦六倍体小麦杂交后代中染色体遗传与结构变异鉴定 75 代中观察发现染色体着丝粒和末端异染色质发生变化及染色体结构变异。Liu 等36通过多色 GISH 和FISH 分析，在小麦-黑麦附加系后代中发现了大量的染色体畸变，如小染色体、环状染色体以及着丝粒的减少和扩增。此外，丰富的小麦染色体结构变异在小麦-黑麦杂交后代中被观察到16,37。在本研究中，BC1F1和 BC1F2植株均观察到大量的染色体结构变异现象。110 个植株中，26 个单株存在染色体结构变异，共 24 种结构变异染色体，包括染色体片段、等臂染色体、小麦-黑麦整臂易位染色体、黑麦-黑麦易位以及双着丝粒染色体，涉及 R 基因组、B 基因组、D 基因组染色体和少量 A 基因组染色体。该结果印证了黑麦外源染色体的导入能够诱导染色体结果变异。许多结构变异染色体在小麦遗传改良中发挥了重要作用。例如，小麦-黑麦 1RS1BL 易位系在抗逆、抗病、产量方面显示出了独特的优越性，在全世界小麦育种工程中得到广泛应用38。此外，抗白粉病的小麦-黑麦 5DS-4RS4RL 易位系39、4BL4RL 和 7AS4RS 易位系40，兼抗条锈病和白粉病的2BL1RS易位系41等都是宝贵的抗病遗传种质资源。本研究中，含结构变异染色体的 BC1F2植株23-F141-15、23-F141-16、23-F141-44 和 23-F141-88的籽粒长度分别为 0.96、0.9、0.92 和 0.88 cm，比亲本川麦 62(0.77 cm)增加 24.68%、16.88%、19.48%和 14.29%，均 优 于 川 麦 62(图 8)，其 中 植 株23-F141-44 的千粒重(53.2 g)高于川麦 62(51.3 g)，说明这些植株成功地将六倍体小黑麦 16 引 171 的粒长和高千粒重的优良性状导入川麦 62 中，虽然本研究获得的结构变异材料在遗传上还不稳定，但是对普通小麦遗传改良仍然具有重要意义。图 8 双亲和结构变异染色体 BC1F2植株的籽粒长度 Fig.8 The grain length of both parents and BC1F2 plants with structural variant chromosomes 参考文献(References)：1 Hao CY,Dong YC,Wang LF,You GX,Zhang HN,Ge HM,Jia JZ,Zhang XY.Genetic diversity and construction of core collection in Chinese wheat genetic resources.Chinese Sci Bull,2008,53(10):15181526.2 Fu YB,Somers DJ.Genome-wide reduction of genetic diversity in wheat breeding.Crop Sci,2009,49(1):161 168.3 Gao Y,Yu JL,Zhao WF,Cheng DM,Peng T,Yin GH,Chen K.Evaluation and usage of wheat germplasms.J Anhui Agric Sci,2020,48(15):4850.高燕,于金林,赵伟峰,成东梅,彭涛,尹国红,陈坤.小麦种质资源的鉴定评价与利用.安徽农业科学,2020,48(15):4850.4 Howell T,Hale I,Jankuloski L,Bonafede M,Gilbert M,Dubcovsky J.Mapping a region within the 1RS.1BL translocation in common 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