低能离子束介导外源总DNA转化小麦的变异机理研究

The transformation of total foreign DNA mediated by low energy ion beam is one of effective breeding ways producing variation and creating new germ plasmas. However, the variant mechanism and evidence of foreign DNA integrating need more supporting theories to instruct practice. Our research group has got large quantity of stable variation wheat materials by ion beam mediated transformation. Three aspects' research will be done : (1) The evidence of exogenous DNA integration, integration characteristics will be obtained by SRAP molecular markers, Southern hybridization and in situ hybridization. (2) The genetic analysis and new germplasm types of seed storage protein including the gliadin and HMW Glutenin will be done using A-PAGE and SDS-PAGE electrophoresis.(3)There are many types of spike morphologic ones in mutant strains. The genes related with spike characters will be treated with genetic analysis, molecular marker and gene localization. The results of the study will reveal the variation mechanism of ion beam mediated transformation and provide an important theoretical basis for its application.

低能离子束介导外源总DNA转化是一种有效的产生变异、创造新种质的育种手段，但其引起的变异机制和外源DNA整合的证据尚需更多理论支持以指导实践。课题组利用离子束介导转化小麦获得了大量稳定变异材料，拟针对这些变异材料进行三方面研究：（1）通过对受体、供体、变异材料的基因组DNA进行SRAP分子标记、Southern杂交、基因组原位杂交等技术手段获得外源DNA整合证据、整合特点信息及其与注入参数、转化组合之间的关系；（2）对受体、供体、变异材料的种子贮藏蛋白包括醇溶蛋白和高分子量麦谷蛋白采用A-PAGE和SDS-PAGE电泳进行遗传分析，研究离子束介导不同注入参数、不同转化组合所产生的品系其贮藏蛋白的组成变化规律及新的种质类型；（3）针对穗部形态变异株建立分离群体，对穗部性状相关基因进行遗传分析、分子标记和基因定位。研究结果将深入揭示离子束介导转基因的变异机制并为其应用提供重要理论依据。

利用离子束介导外源基因组DNA导入小麦，获得了大量的稳定变异材料，对这些变异材料的农艺性状、品质性状、醇溶蛋白、麦谷蛋白、Glu-1Ax1亚基缺失机理、基因组RAPD分析、基因组SRAP分析进行研究，为深入了解变异材料的变异机理提供依据。.1. 经离子束介导后的小麦变异后代，农艺性状和品质性状均发生了显著变化。说明离子束介导转基因的方法获得的变异性状能够在变异后代中稳定遗传。.2.对101个变异后代的醇溶蛋白进行分析，发现醇溶蛋白条带多态性丰富。结合聚类分析结果，表明利用离子束介导的方法不仅获得了丰富的变异，而且变异情况与转基因供体密切相关，从而为育种工作者提供了新的种资质源和研究思路。.3. 对101个变异材料麦谷蛋白进行分析，发现亚基组成、条带表达量发生了较大变化，出现了新的亚基组成类型。说明离子束介导的方法能够使高分子量麦谷蛋白发生改变，表现出丰富的多态性。.4. 对变异材料的Glu-1Ax1亚基缺失变异机理研究发现材料的Glu-1Ax1亚基基因碱基序列发生突变，突变类型包括碱基的转换和颠换，软件预测蛋白质二级结构组成含量发生较大变化，推测这可能是引起Glu-1Ax1亚基缺失的原因。.5.分析离子束转化的变异小麦后代株系的RAPD分析，发现变异材料的条带与对照材料存在明显差异。对供体为六倍体小黑麦的变异材料5647和供体为燕麦的11个材料进行RAPD分析，12个变异材料共扩增出780条带，其中328条表现出多态性，占总条带数的42.05%。说明离子束介导转化引起了变异材料在DNA水平上的丰富变异。.6. 试验中采用128对引物组合对对照材料的基因组DNA进行SRAP扩增，共筛选出来20对多态性良好、条带清晰、适用于这批变异材料的引物组合，共产生833条多态性条带，平均每个变异材料扩增出138.9条多态性条带，且6个变异材料的多态性比率均在55%以上，说明这批变异材料的多态性丰富。每个材料产生的特异性条带数不等，在9～22条之间。