[發(fā)明專利]培育部分同源染色體重組的新型六倍體小麥的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610646199.4
• 申請日: 2016-08-09
• 公開（公告）號: CN107041292A
• 公開（公告）日: 2017-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧欣;勾曉婉;龐勁松;張鏵坤;姜麗麗;劉寶
• 申請（專利權(quán)）人: 東北師范大學;龐勁松
• 主分類號: A01H1/02
• 分類號: A01H1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于種質(zhì)創(chuàng)新技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及將人工合成四倍體小麥自發(fā)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變異傳遞給普通小麥，培育部分同源染色體重組的新型六倍體小麥的方法。

背景技術(shù)

禾本科小麥屬（Triticum）包括二倍體小麥、四倍體小麥和六倍體小麥。其中四倍體小麥的硬粒小麥（T. turgidum ssp. durum）和六倍體的普通小麥（T. aestivum L.）在世界各地廣泛種植，是重要的糧食作物。我國主要種植和食用六倍體普通小麥。國家的糧食安全需求及資源高效利用、生態(tài)環(huán)境保護的要求，對小麥新品種培育提出了更高的要求和更大的挑戰(zhàn)。但近年我國小麥育種一直處在瓶頸期，其中一個重要制約因素就是新種質(zhì)資源匱乏。

六倍體普通小麥（2n=42，基因組AABBDD）包含A、B、D三個亞基因組，每個亞基因組有14條染色體，三個亞基因組的染色體互稱為部分同源染色體。A亞基因組的二倍體供體為烏拉爾圖小麥（T. urartu，2n=14，基因組AA），D亞基因組的二倍體供體為粗山羊草（Aegilops tauschii，2n=14，基因組DD），B亞基因組沒有確定的二倍體供體，但山羊草屬的擬斯卑爾托山羊草（Ae. speltoides，2n=14, 基因組SS）的S基因組與普通小麥B亞基因組的親緣關(guān)系最近。小麥有著復雜的進化史，包含多次物種間雜交和基因組加倍。最新研究結(jié)果顯示，D亞基因組的祖先是由含有A與B基因組的祖先雜交而來，此后，在約50萬年前（0.5 MYA），烏拉爾圖小麥與一個含有S基因組的二倍體物種（與擬斯卑爾托山羊草Ae. speltoides具有密切的親緣關(guān)系）發(fā)生了雜交和加倍，產(chǎn)生了四倍體小麥（T. turgidumL.，2n=28，基因組AABB）。四倍體小麥被馴化成多種人工栽培小麥，包括至今仍有種植的硬粒小麥（durum）。在大約8000年前，栽培的四倍體小麥與粗山羊草（Ae. tauschii，2n=14，基因組DD）發(fā)生了第二次雜交和基因組加倍，形成異源六倍體普通小麥(T. aestivum L.，基因組為AABBDD）新物種。與大多數(shù)異源多倍體物種不同的是，天然形成的小麥，無論是四倍體還是六倍體，在染色體5B長臂上都含有一個關(guān)鍵基因——Ph1基因，它嚴格控制減數(shù)分裂過程中部分同源染色體的配對和聯(lián)會。Ph1基因是把 “雙刃劍” ，它不干涉正常的同源染色體配對、聯(lián)會，維持了基因組的穩(wěn)定，卻限制了部分同源染色體之間的重組，降低了遺傳變異。Ph1基因的存在把六倍體小麥基因組內(nèi)三個亞基因組的資源 “鎖” 起來了，亞基因組之間基因不能相互流動。因此多倍體小麥中部分同源染色體間基本不發(fā)生重組和遺傳物質(zhì)的交換。也就是說，天然存在的四倍體和六倍體小麥都是不發(fā)生部分同源染色體重組的物種，這極大限制了遺傳多樣性的產(chǎn)生。

作物育種的基礎(chǔ)是遺傳多樣性的產(chǎn)生，為克服六倍體小麥遺傳基礎(chǔ)狹窄的問題，育種家研發(fā)了多種相關(guān)技術(shù)將外源遺傳物質(zhì)導入小麥背景。主要包括三種：小麥誘變育種，是通過電離輻射或化學誘變劑處理小麥與野生親緣物種的雜交種及后代。輻射可能誘導產(chǎn)生帶有堿基突變的材料，同時輻射也會導致染色體斷裂，在染色體進行同源重組修復或者非同源末端連接修復的過程中，“強行”實現(xiàn)小麥與外源染色體之間發(fā)生重組；小麥遠緣雜交育種，是將小麥與黑麥、偃麥草、簇毛麥等野生親緣物種雜交，通過染色體工程導入外源種質(zhì)的遺傳物質(zhì)，產(chǎn)生小麥與外源種質(zhì)的附加系、代換系、易位系等；人工合成六倍體小麥，是通過四倍體小麥（T. turgidum）和粗山羊草（A. tauschii）雜交，得到人工合成六倍體小麥，通過這種合成小麥作為中間親本向六倍體普通小麥同時導入四倍體小麥和粗山羊草的基因。

雖然這些育種方法都可以將外源遺傳物質(zhì)導入普通小麥產(chǎn)生遺傳變異，但它們也都存在各自的缺陷：物理或化學誘變手段能夠增加突變的頻率，但突變產(chǎn)生的位點隨機，有害突變多，有利突變少，產(chǎn)生的變異絕大多數(shù)不能遺傳；小麥遠緣雜交則面臨雜交不結(jié)實、雜種不育和夭亡的難題，即使能獲得雜交種并得到附加系、代換系、易位系等材料，雜種衍生后代攜帶大量野生種的不利基因，需要多個世代的回交和分離才能去除；人工合成小麥的親本選擇局限于四倍體小麥和粗山羊草，而且Ph1基因限制了兩親本之間的重組，該方法難以產(chǎn)生更豐富的后代類型。