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遺傳發(fā)育所小麥遠(yuǎn)緣雜交及著絲粒結(jié)構(gòu)功能研究獲進(jìn)展

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遺傳發(fā)育所小麥遠(yuǎn)緣雜交及著絲粒結(jié)構(gòu)功能研究獲進(jìn)展

摘要: 　　小麥與黑麥的雜交工作始于19世紀(jì)70年代，英國(guó)A. S. Wilson以小麥為母本、黑麥為父本進(jìn)行屬間雜交獲得真正的屬間雜種，雜種高度不育。1888年，德國(guó)育種家W. Rimpau在普通小麥與黑麥的雜種不育株的一個(gè)穗子上得到 ...

　　小麥與黑麥的雜交工作始于19世紀(jì)70年代，英國(guó)A. S. Wilson以小麥為母本、黑麥為父本進(jìn)行屬間雜交獲得真正的屬間雜種，雜種高度不育。1888年，德國(guó)育種家W. Rimpau在普通小麥與黑麥的雜種不育株的一個(gè)穗子上得到種子，長(zhǎng)成的植株能自行繁殖得到后代，這是由于低溫使雜種F1自然加倍而形成的可育小黑麥。育種家和遺傳學(xué)家看到小黑麥的優(yōu)良性狀，一百多年來(lái)，一直進(jìn)行小麥與小黑麥的回交、自交來(lái)進(jìn)行新品種選育。全世界現(xiàn)在推廣的普通小麥品種中大約有70%含有一對(duì)特殊的染色體：我們稱(chēng)為1BL/1RS易位系，也就是普通小麥第一同源群B組染色體的長(zhǎng)臂與黑麥的1R染色體短臂連接在一起形成小麥-黑麥染色體易位系。我國(guó)許多大面積推廣的小麥新品種含有這條融合著絲粒的染色體。為什么這條易位染色體且是整臂易位在小麥育種中發(fā)揮了如此巨大的作用？
　　中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)學(xué)習(xí)所韓方普學(xué)習(xí)組長(zhǎng)期從事小麥遠(yuǎn)緣雜交及染色體工程育種學(xué)習(xí)，從2009年開(kāi)始，對(duì)全世界推廣的幾百份1B/1R易位系進(jìn)行了染色體著絲粒結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了非常有趣的結(jié)果：1B/1R易位系全部含有融合著絲粒，50%來(lái)自小麥，50%來(lái)自黑麥 (圖A)。通過(guò)對(duì)黑麥著絲粒特異反轉(zhuǎn)座子 (centromere specific retrotransposon) (pAWCR1) 的深入學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)黑麥的著絲粒反轉(zhuǎn)座子在易位系小麥新品種中是活躍轉(zhuǎn)錄的 (圖B)。麥類(lèi)的CENH3基因位于第一同源群染色體的長(zhǎng)臂 (Yuan et al， 2015， New Phytologist)，CENH3組蛋白loading結(jié)果表明：易位系的黑麥局部著絲粒利用小麥的CENH3組蛋白行使著絲粒的功能。學(xué)習(xí)組也試圖回答一個(gè)問(wèn)題：為什么只有融合的著絲粒應(yīng)用生產(chǎn)？多年努力想獲得含有小麥著絲�；蚝邴溨z粒的1B/1R易位系，來(lái)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)錄及表達(dá)的影響，但幾千份易位系篩選得到第一同源群易位系均是融合著絲粒易位染色體。
　　隨著1RS抗性消失及育種需求，韓方普學(xué)習(xí)組利用從美國(guó)引進(jìn)的200份黑麥材料進(jìn)行新的小麥-黑麥雜交，獲得大量雙二倍體，并且完整建立了新的黑麥附加系和雙端體系列材料，新的1B/1R易位系均是融合著絲粒。在1R的單體附加系后代，發(fā)現(xiàn)1R染色體片段或整臂可以易位到小麥1-7同源群，得到大量的染色體變異及序列變異新材料，包括著絲粒序列擴(kuò)增及新著絲粒形成 (Guo et al， 2016， PLOS Genetics)。該工作為小麥育種提供了新的種質(zhì)資源，也為染色體結(jié)構(gòu)和功能學(xué)習(xí)提供了新的素材。根據(jù)ChIP-seq及基因組信息，初步進(jìn)行易位系形成機(jī)制學(xué)習(xí)。新的易位系材料已經(jīng)進(jìn)行了回交轉(zhuǎn)育工作，局部高代穩(wěn)定品系已經(jīng)進(jìn)行不同區(qū)域觀察及納入育種系統(tǒng)工作 (圖C)。
　　局部學(xué)習(xí)結(jié)果于3月31日在植物學(xué)報(bào)（Plant Journal，DOI: 10.1111/tpj.13554）在線發(fā)表。博士生王婧為第一作者。該項(xiàng)工作得到中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)和科技部資助。

　　1B/1R易位系著絲粒結(jié)構(gòu)功能學(xué)習(xí)及回交轉(zhuǎn)育。(A)：1B/1R易位系著絲粒結(jié)構(gòu)功能及具有不同著絲粒結(jié)構(gòu)1R易位系染色體模式圖；(B)：RT-PCR檢測(cè)1BL/1RS易位系中黑麥特異著絲粒序列pAWRC.1的轉(zhuǎn)錄情況；(C)：對(duì)1BL/1RS易位系進(jìn)行回交轉(zhuǎn)育及區(qū)域觀察。遺傳發(fā)育所小麥遠(yuǎn)緣雜交及著絲粒結(jié)構(gòu)功能研究獲進(jìn)展  |  責(zé)任編輯：蟲(chóng)子
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