小麦和黑麦远缘杂种高分子量谷蛋白变异及其分子基础

Wide hybridization is an important way for speciation and an important driving force in plant evolution. New phenotypes, which are not presented in the parents,have been frequently observed to be associated with wide hybrids. However, the molecular mechanisms that generate phenotypic variations are poorly understood. In our a previous study, some variations on high-molecular-weight glutenin subunit (HMW-GS) were found to be existed in the hybrids between common wheat and rye. This project is aimed to clarify the molecular mechanisms of these variations. This study will provide us important clues for further understanding the contribution of wide hybridization on the evolution of species. This study is also helpful for the development of new germplasm via wide hybridization.

远缘杂交是新物种形成的一个重要途径，同时也是植物进化的一个重要动力。很早人们就发现远缘杂种中能产生不同于亲本的新表现型。然而，对产生表型变异的分子机制知之甚少。我们前期的工作发现，普通小麦和黑麦属间杂种后代的高分子量谷蛋白亚基(High- molecular-weight glutenin subunit, HMW-GS) 存在表型变异。本研究旨在弄清其变异的分子机制。该研究对进一步理解远缘杂交对物种进化的贡献有参考，同时对利用远缘杂交创制遗传育种新材料有指导意义。

远缘杂交能够导致DNA变异，并可能产生新表型。然而，仍然缺乏基因变异与新表型产生的直接对应关系。HMW-GSs基因是小麦族物种研究最为深入的基因，该基因为研究这一对应关系提供了一个有用模式。本研究我们以Glu-1Dx2.2为研究对象，探索了小麦-黑麦杂交方法能产生新表型变异的可行性。我们以3个不同F1杂种及后代衍生系为研究材料（这些材料具有正常育性），在杂种中，我们发现Glu-1Dx2.2发生了变异，变异基因命名为Glu-1Dx2.2v。野生型Glu-1Dx2.2在中央重复区有两段295bp的正向重复序列，它们被101bp的插入序列隔开，Glu-1Dx2.2v很可能是通过同源依赖性异常重组删除一段重复序列和插入序列形成。该研究为小麦黑-黑麦远缘杂交创造HMW-GS表型变异提供了直接分子证据，表明小麦-黑麦远缘杂交是一种创造遗传变异并拓宽小麦遗传多样性的有效工具。