远缘种质创制与测序技术结合发掘和定位簇毛麦染色体4VS上的重要功能基因

The wild relatives of cultivated wheat represent a rich pool of genetic variation that has great potential for wheat improvement. These species exhibit huge diversity in phenotype and adaptation to a wide range of environments, desirable traits such as resistance or tolerance to biotic and abiotic stresses. The transfer of useful genes from wild species through wide hybridization and the development of alien chromosome lines will enrich the genetic diversity of crop breeding. Alien chromosome specific molecular markers will be high throughput developed and alien useful genes will be high efficiently explored and mapped by generating wheat-alien chromosome lines and alien genome sequences. In our previous research, wheat-H.villosa disomic substitution line DS4V(4D) and T4VS•4DL whole arm translocation line have been developed. A WYMV resistance gene, Wss1, has been located on the short arm of 4V chromosome of Haynaldia villosa using these wheat-alien chromosome lines. However, little is known for other functional genes responsible for importantly agronomic traits. In this proposal, many chromosome structural aberrants involving different region of chromosome 4VS will be induced through a combination of technique of both homoeologous chromosome pairing system (ph1b gene mutant) and ionizing-irradiation. These lines will be used for constructing the pool of 4VS chromosome structural aberrants. The telosomic 4VS addition line was used for flow sorting and followed by next generation sequencing. The available 4VS genome sequences have been used for the Genome Zipper analysis and development of alien chromosome 4VS specific molecular markers. These lines will be characterized for their chromosome constitution based on the determination of the breakpoints of the translocation chromosomes by marker analysis. The useful genes from 4VS chromosome were further physical mapped to a specific chromosome region by marker analysis. The research will provide reference for the study and utilization of other chromosome translocation lines.

小麦近缘种属蕴藏丰富基因资源，发掘其有用基因并将其导入普通小麦，是拓宽小麦遗传基础、推进小麦育种取得突破进展的有效途径。将远缘新种质创制和测序技术相结合，既可高通量开发外源染色体特异分子标记，又可高效挖掘和定位外源染色体上重要功能基因。本项目前期研究中,已创制涉及簇毛麦4VS染色体的异附加系、易位系等一批种质，并发现4VS上携带抗小麦黄花叶病基因Wss1，但4VS染色体还有哪些重要基因及其功能尚未可知。本研究将综合利用电离辐射技术和ph1b突变体，高效诱导更多更丰富的4VS染色体的易位、渐渗，构建4VS染色体结构变异体库；利用流式细胞和二代测序技术获得4VS基因组序列，高通量开发4VS专化的特异分子标记,明确结构变异体的染色体组成；综合分析创制的4VS结构变异体的表型组分析数据和分子标记定位信息，实现对4VS优异基因的物理定位。本研究的研究思路和方法为其他易位系的研究和利用提供参考。

小麦近缘种属蕴藏丰富基因资源，发掘其有用基因并将其导入普通小麦，是拓宽小麦遗传基础、推进小麦育种取得突破进展的有效途径。将远缘新种质创制和测序技术相结合，既可高通量开发外源染色体特异分子标记，又可高效挖掘和定位外源染色体上重要功能基因。本项目前期研究中，已创制涉及簇毛麦4VS染色体的异附加系、易位系等一批种质， 并发现4VS上携带抗小麦黄花叶病基因Wss1，但4VS染色体还有哪些重要基因及其功能尚未可知。为了更好的挖掘和定位簇毛麦4VS染色体上的优异基因，本研究首选利用流式细胞和二代测序技术获得4VS基因组序列，根据序列信息高通量开发4VS专化的特异IT分子标记213个，多态率达65.3%；在电离辐射后代中，利用原位杂交技术和分子标记技术筛选到涉及簇毛麦4VS染色体的纯合结构变异体18份；在染色体配对控制体系中国春ph1bph1b后代中，利用原位杂交技术和分子标记技术筛选到涉及簇毛麦4VS染色体的纯合结构变异体39份；综合分析创制的4VS结构变异体的表型组分析数据和分子标记定位信息，将簇毛麦的抗小麦黄花叶病基因Wss1定位在簇毛麦4VS染色体端部的0-14.3Mb区间；以中国春第四部分同源群的基因组序列信息为参考，利用4VS染色体的序列信息，结果发现簇毛麦中有893个基因与小麦第四部分同源群的基因具有很好的共线性，其中有4个关键的基因；为了加速我们创制的抗小麦黄花叶病T4VS·4DL 整臂易位系在育种中的利用，我们通过回交的手段，结合分子标记分析，将T4VS·4DL 整臂易位系转育到不同生态区的5个小麦背景中，这些材料已经提供给育种单位作为亲本材料用于小麦黄花叶病的抗病育种中。本研究筛选到的能特异追踪簇毛麦 4VS 染色体的分子标记，将为小麦育种中的分子标记辅助选择提供依据；所创造的携有重要功能基因的小片段易位系可为小麦育种提供新的种质资源；所创造的系列外源染色体结构变异体库为发掘簇毛麦 4VS 染色体上的优异基因提供基础材料，并可有目的的实现外源目标基因向普通小麦中的转移；同时，本研究中开发外源染色体特异分子标记的技术策略可为小麦其他近缘物种易位系的研究和利用提供参考。