论文部分内容阅读
低温是造成农作物减产的主要因素之一。在我国北方,冬季气温较低,寒流强度较大。常会造成小麦冻害,产量也会受到很大的影响,低温冻害也成为了小麦生产上最大的自然灾害。普通小麦品种对0度以上低温表现抗性。叶片低温敏感突变体BN044371是在小麦育种过程中发现的自然突变体,它的叶片对0℃以上,4℃左右的低温表现敏感,叶片会出现黄色斑点现象,但随着温度回升及植株的发育,叶片颜色恢复正常。该性状称为小麦叶片对低温的敏感性（Wheat Leaf Chilling Sensitivity）。该突变体植株叶片对低温表现为敏感,叶色发生变化的症状。目前,在小麦中发现了一些抗寒基因,然而,因为被挖掘到的基因数目还不多,植物面临低温胁迫时对相关低温信号的转导机制研究不足,导致对植物抗寒方面的机理了解程度还十分有限。因此,只有通过对更多低温相关基因的挖掘,并对这些低温基因的功能进行深入了解分析,才可以对小麦耐低温机制的研究工作和相关抗性小麦新品种的培育奠定基础。因此本研究通过分析小麦叶片低温敏感基因的遗传规律及其基因定位具有非常重要的研究和利用价值。本研究以小麦自然突变体BN044371为研究对象,通过与叶片抗低温敏感亲本百农4199、百农矮抗58进行杂交,分别构制F1、F2分离群体和F2:3家系。分析明确了小麦叶片低温敏感基因（暂命名为wchs1基因）的遗传规律。以叶片低温敏感亲本BN044371和叶片抗低温敏感亲本百农4199的F2分离群体为实验材料,利用建立在小麦中低成本和高效率的新一代测序技术:构建混池进行转录组测序（Bulked segregant RNA-Seq,BSR-Seq）技术,结合自主开发的酶切扩增多态性序列（CAPS）分子标记,对wchs1基因进行分子标记初步定位。研究结果如下:1.叶片低温敏感表型性状在田间的表现在正常秋季播种后,对叶片低温敏感材料BN044371和叶片抗低温敏感材料百农4199、百农矮抗58的田间叶片叶色表型进行追踪调查。与百农4199、百农矮抗58的叶色相比,BN044371幼苗的新生叶片在初秋季节为正常绿色;随着秋冬季节的进展,温度降至0℃以上,4℃左右一周后,新生叶片会出现黄色斑点的现象;至春季随着气温升高,新生叶片组织会随着温度升高叶色恢复至绿色。相比之下,叶片抗低温敏感材料百农4199、百农矮抗58在整个幼苗期叶片的叶色均保持正常绿色。因此,对叶片低温敏感性状进行鉴定的最佳温度是0℃以上,4℃左右。2.叶片低温敏感性状的遗传分析通过对叶片低温敏感亲本BN044371分别与叶片抗低温敏感亲本百农4199和百农矮抗58所构建的正反交F1、F2、和F2:3家系进行遗传分析。结果表明,在正反交试验中,F1代植株的叶片叶色均表现为正常绿色,与叶片抗低温敏感性状呈现的表型一致;在对F2代分离群体的分析中发现,呈现叶片抗低温敏感性状的植株数与呈现叶片低温敏感的植株数之间的卡方值均为0.74小于3.84,符合3:1适合性检验;在BN044371/百农4199的F2:3家系中,叶片抗低温敏感家系数与分离家系数和叶片低温敏感家系数之间的卡方值为1.47小于5.99,符合1:2:l的分离比;表明BN044371中的叶片低温敏感性状是由单隐性核基因（wchs1基因）所控制,遗传方式简单,效应单一,在小麦杂交后代中能够稳定遗传。3.BSR-Seq分析结果从低温敏感材料BN044371与抗低温敏感材料百农4199的F2群体中分别选择抗低温敏感野生型和低温敏感突变型各30株,构建野生型和突变型两个混合样品池。通过BSR-Seq方法测序,共挖掘出潜在的SNP数目384,357个。利用经典贝叶斯算法将突变基因定位于1DS染色体上,并在此基础上自主设计开发了25个酶切扩增多态性序列（CAPS）标记用于基因定位。4.叶片低温敏感基因（wchs1基因）的定位本研究以叶片低温敏感亲本BN044371与叶片抗低温敏感亲本百农4199的F2代180个单株及其F2:3家系为研究对象,采用BSR-Seq法结合CAPS分子标记进行分析,结果表明,叶片低温敏感基因位于小麦1DS染色体上。在此基础上,进一步获得了2个CAPS分子标记与叶片低温敏感基因相连锁,它们分别位于wchs1基因的两侧。这两个标记为IWGSC和344678,与wchs1基因的遗传距离分别为9.8 cM、12 cM。