很高兴能够邀请到王宏晋博士来说一说他们关于簇毛麦方面的研究内容，王博士本科毕业于西北农林科技大学。

前一周，对Pm21基因解析的2篇高水平文章论文的发表，令我国小麦远缘杂交与染色体工程育种工作者欢欣鼓舞，簇毛麦优异基因导入小麦的理论和应用研究达到了又一顶峰。将对从事黑麦、偃麦草、冰草、新麦草等等物种导入小麦的遗传研究起到指导作用。小编让我们写发表论文的介绍，由于我们的研究只是材料鉴定，未有深入的结果，但对于普及分子细胞遗传学方面相关知识，期望有一定的帮助。

1、研究材料

簇毛麦属（Dasypyrum原作Haynaldia）植物主要分布于地中海沿岸和近东的外高加索地区，包括二倍体一年生簇毛麦(D. villosum，就是Pm21的供体物种)、二倍体和四倍体多年生簇毛麦(D. breviaristatum)等物种，是小麦族中最小的属之一。四川农业大学蒋华仁研究员在1992年报道，率先在国内外合成四倍体多年生簇毛麦与小麦的双二倍体。杨老师告诉我们，由于多年生簇毛麦在四川不是每一年能开花，蒋华仁老师在当时条件有限的情况下，他将多年生簇毛麦的盆栽植株搬到距离成都近300公里的马尔康县，赶车时多次遇到塌方，最终利用多年生簇毛麦的开花习性，通过多次杂交获得杂种，秋水仙碱加倍成为双二倍体的，特别向老一辈的敬业精神表示由衷的敬佩和感谢。多年生簇毛麦为四倍体，与六倍体的中国春小麦合成的双二倍体，染色体数目是2n=70，在自交后代中，染色体数目迅速减少，杨老师后来经过荧光基因组原位杂交(FISH)和分子标记鉴定，发现该材料已经成为六倍体的部分双二倍体TDH-2，染色体组成为AABBVbVb，原先双二倍体中的小麦的D染色体组和另一组簇毛麦染色体在传递中丢失了（Yang et al. Hereditas 2006）。本研究开展了利用四川小麦与TDH-2杂交，获得了一批小麦-多年生簇毛麦衍生系，开展多年生簇毛麦优异基因导入小麦的研究工作。

2、多年生簇毛麦染色体FISH核型分析

多年生簇毛麦的染色体组较二倍体一年生簇毛麦的染色体核型相差很大。从对比导入小麦中的2类簇毛麦染色体核型比较(图1)就可以看出所示，它们的染色体重复序列分布有明显的差异(图1A和1B)，而且pHv62重复序列只存在于二倍体一年生簇毛麦(图1C)中多年生簇毛麦染色体不存在pHv62杂交信号。目前基于合成寡核苷酸探针的ND-FISH的技术(Tang et al. 2014, J Appl Genet)，高通量、低成本开展小麦与近缘物种的染色体鉴定工作，搭建了染色体鉴定与田间大规模筛选的桥梁。

图1. 一年生二倍体簇毛麦Dv与多年生簇毛麦Dv的FISH核型差异。在A,B中左边染色体为Oligo-pSc119.2(绿) + Oligo-pTa535(红) 右边染色体为Oligo-(GAA)7(红)，C图为Oligo-pHv62-3。

3、小麦-多年生簇毛麦衍生系材料的种子蛋白电泳分析

对小麦-多年生簇毛麦衍生系材料D2176、D2186和D2533进行了种子贮藏蛋白的SDS-PAGE分析（图2），在部分双二倍体TDH-2材料中发现了一条很明显的谷蛋白亚基条带，位于HMW-GS和LMW-GS之间。同样的条带出现在D2176、D2186和D2533中。初步认为该亚基源于多年生簇毛麦，为多年生簇毛麦特异的Glu-1谷蛋白亚基，并转入衍生系背景中。

图2. 小麦-多年生簇毛麦1Vb衍生材料的高分子量谷蛋白亚基的SDS-PAGE分析

箭头示多年生簇毛麦特异的谷蛋白亚基

4、小麦-多年生簇毛麦衍生系材料的染色体鉴定

通过利用簇毛麦特异的LTR探针pDb12H准确地鉴定出衍生系D2176（2n=42）包含1对多年生簇毛麦染色体（图3），用重复序列探针pSc119.2（绿色）和pTa535（红色）的荧光原位杂交（FISH）能够准确地识别小麦的A、B、D染色体，包括前述的多年生簇毛麦染色体。发现D2176和D2186均为1Vb(1A)代换系。D2533（2n=44）为1对多年生簇毛麦重排染色体1VbL.5VbL附加系材料，因此结合前述SDS-PAGe结果，将多年生簇毛麦特异的谷蛋白亚基定位在1VbL上。

图3. 小麦-多年生簇毛麦1Vb衍生材料D2176(A,B)，D2186(C)和 D2533(D) 的FISH鉴定。A.FISH探针为簇毛麦特异LTR重复序列pDb12H，B-D的FISH探针为Oligo-pSc119.2(绿) + Oligo-pTa535(红)

同时FISH发现，D2186的5B染色体在短臂靠端部区域出现了缺失(图4A)，D2176出现了5B-7B非罗伯逊易位系(图4B)。较早的研究也发现，小麦-多年生簇毛麦7Vb附加系中小麦染色体1B、2B、7A、1D和3D出现了稳定的结构变异。因此本研究鉴定的D2186和D2176中小麦染色体核型变异，可能由于多年生簇毛麦染色体的导入小麦而诱导产生。

图4. 小麦-多年生簇毛麦衍生系的小麦染色体核型变异。A为FISH核型分析， B为模式图，箭头显示可能的断裂位点

5、多年生簇毛麦高分子量谷蛋白基因测序

利用Glu-1保守引物对多年生簇毛麦进行扩增克隆测序，得到了10个含有典型Glu-1特征的完整序列，编码307-579个氨基酸残基含5-9个半胱氨酸残基。结合先前研究的6条二倍体一年生簇毛麦HMW-GS序列，以及在小麦-多年生簇毛麦衍生系中克隆的簇毛麦特异Glu-序列，发现导入小麦背景中的谷蛋白亚基为y-型高分子量谷蛋白亚基，其分子量远小于小麦的Glu-1基因，说明小麦族物种进化过程中可能保存大量冗余的中等长度的谷蛋白基因，可以用于小麦种子改良和基因组进化研究。

6、小麦-多年生簇毛麦衍生系农艺性状调查与品质测试

对育成小麦-多年生簇毛麦衍生系材料的农艺性状观测发现，1VbL导入小麦背景，能降低株高和显著增加分蘖数。与小麦亲本相比，衍生系D2176和D2186拥有较高的籽粒蛋白质含量、湿面筋含量和较高的ZEL沉降值。面粉SRC值测定也表明衍生系材料面筋性能指数（GPI）明显提高。小麦-多年生簇毛麦衍生系展示出较好的面粉性状，可以用于改善小麦品。当然需要进一步进行小片段易位系诱导，开展小麦遗传背景互作的遗传分析，对多年生簇毛麦优异Glu-1位点导入对小麦品质育种效应的准确评估。

因此，远缘杂交育种和其他小麦育种一样，其实就是一个坚守。我们期待着应用于小麦远缘杂交的相的物种，基因组序列得到完善，对创制的导入外源的染色质的新材料，特别外源诱导产生的大量遗传与表观遗传学变异的材料的深度解析，必将将对拓宽小麦基因资源，为抗病、抗逆、品质等继续发挥更大的作用。