偏穗鹅观草着丝粒序列分析及与小麦CENH3功能整合分析

Centromeres maintain the integrity of chromosomes during cell division, Therefore, the DNA composition at the centromeric and pericentromeric regions can potentially provide valuable information for the elucidation of the evolution and speciation during the formation of polyploids..The Triticeae Damort. family are the most successful relative species in wheat distant hybridization breeding as an important genetic resource for improving the high yield, disease resistance and stress resistance of wheat crops. In this study, Roegneria komarovii (Nevski) Nevski, (2n = 4X = 28, StStYY) is the main target, we will Construct a BAC library of StY genome as research platform, screening centromere-associated BAC clones, construct sub-clone library to sequencing, find the functional sequence elements of the StY genome in centromere region, reveal the forming and evolution of polyploidy, understanding the centromere structure between wheat and Roegneria komarovii provide the theoretical basis of distant hybrid breeding in wheat.

着丝粒是真核生物染色体的重要组成部分，在多倍体进化中为不同基因组统一协调的重点区域之一，对它的研究有助于理解和认识多倍体的形成和进化研究，为远缘杂交奠定理论基础。小麦族是麦类作物远缘杂交育种的基因库，已成为改良麦类作物高产、抗病和抗逆等性状的重要基因资源。.本研究以小麦族偏穗鹅观草（Roegneria komarovii (Nevski) Nevski ，2n=4X=28，StStYY）为主要对象，构建BAC文库，为StY基因组其它研究搭建平台，筛选StY基因组着丝粒相关BAC克隆，构建亚克隆文库并测序分析，寻找StY基因组着丝粒区域功能性核心序列元件，探讨鹅观草属中StY多倍体物种的形成及其基因组分化，比较小麦和偏穗鹅观草的着丝粒结构异同，为小麦远缘杂交育种提供理论依据，提高远缘杂交育种的效率。

小麦族丰富的物种多样性和遗传多样性是麦类作物育种的巨大基因库，已成为改良麦类作物高产、优质、抗病虫和抗逆等性状的重要基因资源。着丝粒与细胞有丝分裂和减数分裂关系密切，外缘染色体的去留受着丝粒的影响。着丝粒结构的相似性是保证外源染色体在细胞周期中与受体物种保持一致的基础，远缘杂交才可能稳定遗传。深入研究小麦族染色体着丝粒序列组成与功能，可帮助理解小麦远缘杂交过程中杂种不育等棘手问题，从而为小麦更好、更快地培育抗病、抗逆等优质新种质或新品种做出贡献。.本项目验证了CRW为偏穗鹅观草基因组及小麦族其他几个物种的着丝粒功能序列；分析了CRW及其他几个染色体功能元件在偏穗鹅观草基因组分布特征：CRW在St基因组着丝粒含量显著高于Y基因组，与普通小麦中国春基因组丰度相似，Y基因组含量较少。.此外，在偏穗鹅观草及小麦族其他几种物种中进行CR元件分析显示，小麦中广泛存在的着丝粒序列，在小麦族中也存在于在于着丝粒区，解释了这些小麦族材料能和小麦杂交产生正常后代的机理之一：共同的着丝粒功能序列使得杂交后代能进行正确的有丝分裂与减数分裂。.利用ChIP-seq富集分析，筛选出偏穗鹅观草6个和着丝粒功能紧密相关的元件，包括反转录转座子，卫星DNA等类型，其中此前未报道的2个元件共存于小麦与偏穗鹅观草基因组的着丝粒功能区，补充了小麦及小麦族族着丝粒构成元件类型。.利用流式细胞仪测定偏穗鹅观草基因组大小为9G，全基因组测序及数据初步组装，获得7G数据，分析显示偏穗鹅观草基因组中富含各类重复序列，以反转录转座子为主。对偏穗鹅观草萌发期、苗期、成株期的根、茎、叶进行转录组测序，并对测序数据进行分析，为后期偏穗鹅观草基因组组装及抗病性利用奠定基础。.构建了偏穗鹅观草原生质体培养体系。通过本课题组多年田间及实验室鉴定，偏穗鹅观草具有抗条锈病的优异特征，为将其抗病基因引入小麦，本课题组一方面通过田间远缘杂交技术进行杂交后代培养，同时构建偏穗鹅观草及小麦的原生质体培养技术，为实现基于原生质体融合技术的杂交奠定基础。