部分同源染色体配对促进基因ph-KL的分子标记与验证

The diploid-like inheritance of common wheat is ensured by the Ph gene system. The ph-like gene, ph-KL, existing in the natural population of common wheat landrace, is different from the genes Ph1 and Ph2 that prevent homoeologous chromosome pairing (HCP). In contrast, gene ph-KL promotes HCP in wheat-alien hybrids and hence provides the usefulness in developing wheat-alien translocation chromosomes. Until recently, however, we still unknown its’ location on chromosome and linked molecular markers. Our aims in this program are: (1) to preliminary map the ph-KL gene using haploid segregation populations derived from wide hybridization between wheat and rye with the help of high-thought single nucleotide polymorphism markers; (2) to further develop PCR markers that are more closely linked to ph-KL and more easily detected according to previously reported SSR markers, the A/D genome sequences of diploid donor species and the draft genome sequences of Chinese Spring; (3) to validate the efficiency of newly developed PCR markers in transferring ph-KL into other genetic background by combing cytological observation with marker analysis. These works will lay a foundation for the utilization of this gene in alien gene transferring and its further fine mapping and genetic mechanism elucidating.

Ph基因系统保证小麦“二倍化”遗传。ph-KL基因是不同于Ph1和Ph2基因的新基因，该基因自然存在于小麦地方品种，能够促进小麦-外源杂种的部分同源染色体配对，因此在创制小麦-外源易位染色体方面有重要价值。但到目前为止，还不清楚该基因在染色体上的位置及其连锁的分子标记。本项目旨在：（1）利用小麦-黑麦杂种单倍体群体，以高通量SNP标记初步定位ph-KL基因；（2）进一步，基于SSR标记以及A、D基因组和中国春基因组信息，开发出连锁更紧密、易于追踪检测ph-KL基因的PCR标记；（3）结合细胞学观察，验证利用PCR标记转移ph-KL基因的有效性。本研究工作为该基因在外源基因转移中的应用及进一步对其精细定位和遗传作用机制解析奠定基础。

Ph基因系统保障了小麦的“二倍化”遗传。操控Ph基因诱导小麦-外源部分同源染色体配对重组，形成高遗传补偿性的染色体易位，是利用近缘属种优良基因的重要方式。目前，仅有普通小麦中国春背景下的Ph1和Ph2基因被深入研究。其中，Ph1的缺失突变基因ph1b被广泛应用于诱导易位。中国地方小麦品种开县罗汉麦（KL）和近缘属杂种F1表现出较高水平的染色体配对水平，可能含有新的Ph基因。本研究针对开县罗汉麦诱导其远缘杂种F1配对染色体的组成以及诱导配对基因遗传定位进行了研究。获得以下结果：1. 荧光原位杂交分析表明，开县罗汉麦与秦岭黑麦（QL）杂种F1，超过90%减数分裂中期I配对发生在小麦部分同源染色体臂之间，其中A-D部分同源配对占主要类型（79.33%），与前人对ph1b的研究结果相似。同时，也发现低频率的小麦-黑麦配对，且参与配对的黑麦染色体与ph1b不同。2. 利用开县罗汉麦分别与普通小麦中国春（CS）和人工合成小麦Syn-SAU-5杂交，杂种F1再用秦岭黑麦杂交形成基因组组成为ABDR的多单倍体分离群体。对两个分离群体的每个单株的染色体配对水平进行统计获得表型数据。利用小麦660 K和15 K SNP芯片、DArT和SSR标记对两个群体分型并构建遗传图谱。两个群体QTL分析均只在3AL检测到一个QTL，且位置相邻，将其合并命名为QPh.sicau-3A，对应的中国春参考基因组（v1.0）物理位置为696-725 Mb区间。3. 与KL/Syn-SAU-5//QL群体中QTL连锁的SNP标记被转化为KASP标记。这些标记在KL/CS//QL和KL/川麦32//QL群体中与染色体配对水平同样连锁，证明QPh.sicau-3A的真实性。同时表明，这些KASP标记可用于对QPh.sicau-3A的追踪。这些结果为该基因在外源基因转移中的应用及进一步对其精细定位和遗传作用机制解析奠定基础。