《小麦远缘杂交抗白粉病研究获进展》

  • 编译者: 季雪婧
  • 发布时间:2025-07-16
  • 小麦白粉病影响小麦的产量与品质,利用寄主抗性是控制这一病害的有效措施。黑麦是小麦的近缘属,具有抗病、耐逆、生物产量高等特性,蕴含丰富的可用于小麦遗传改良的优异基因。六倍体小黑麦是由小麦和黑麦经远缘杂交育成的双二倍体新物种,是将黑麦优良基因转入小麦的理想中间材料。

    中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心科研人员利用六倍体小黑麦和小麦育种系杂交,通过分子细胞遗传学鉴定,创制了小麦-黑麦2R(2D)二体代换和T1BL·1RS易位系新材料YT9。

    叶期抗性鉴定和菌丝发育观察发现,YT9从三叶期开始对白粉菌表现抗性。抗病性遗传分析显示,PmYT9定位在黑麦2RL染色体上。进一步,研究通过60Coγ辐射处理,利用基因组原位杂交GISH进行筛选鉴定,获得122份小麦-黑麦2RL单一易位系材料,包括47份小片段易位系、24份大片段易位系、43份整臂易位系、8份中间插入易位系、12份缺失系。三叶期和成株期白粉病抗性鉴定结果发现,其中60份2RL易位系材料高抗白粉病。研究利用主栽品种师栾02-1进行回交转育,获得抗白粉病且农艺性状良好的纯合小麦-黑麦2RL易位系新种质。研究结合YT9辐射后代中2RL染色体不同的断点材料的分子标记鉴定和GISH鉴定结果,构建了黑麦2RL分子标记图谱,并将PmYT9定位于2RL染色体bin6区段,对应Lo7黑麦参考基因组831.45至846.00 Mb之间14.55 Mb物理区间。

    上述研究为小麦抗白粉病育种提供了新的种质基因资源,并为PmYT9克隆奠定了基础。

    7月1日,相关研究成果在线发表在《理论与应用遗传学》(Theoretical and Applied Genetics)上。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。

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    • 编译者:季雪婧
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    • 来源专题:生物育种
    • 编译者:季雪婧
    •     在国家自然科学基金项目(批准号:31991202、31830004、32122014、32070854)等资助下,北京大学瞿礼嘉教授、钟声副研究员团队在植物通过有性生殖实现远缘杂交的机制研究方面取得新进展,相关成果以“两组功能拮抗的RALF小肽控制十字花科植物属间柱头处的杂交屏障(Antagonistic RALF peptides control an intergeneric hybridization barrier on Brassicaceae stigmas)”为题,于2023年10月7日在《细胞》(Cell)杂志在线发表。论文链接:https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00981-9。   新物种的产生对于维持地球生物多样性具有重要意义。不同植物种之间的杂交是新物种形成的一种重要机制。多种重要经济作物,如小麦、棉花和油菜,都源自自然界中植物间的杂交事件。然而,不同种植物间杂交,必须要克服合子前和合子后的生殖障碍。合子前的种间/属间生殖障碍首先产生在雌蕊对花粉的识别过程中,而柱头则是雌蕊识别花粉的第一个也是最重要的地方。要实现远缘杂交首先需要克服的就是在柱头处的生殖障碍,但长期以来花粉与柱头之间的识别机制仍很不清楚。在上世纪50年代的远缘杂交研究中,研究人员曾尝试使用同种花粉与异种花粉进行混合授粉,以帮助异种花粉突破柱头处的生殖障碍,促进不同种植物之间的远缘杂交,这就是著名的“花粉蒙导效应”(Pollen Mentor Effect)。然而,七十多年过去了,“花粉蒙导效应”的分子机制仍不清楚。瞿礼嘉、钟声团队由此开展了本项研究。他们在分子水平上解析了拟南芥柱头识别并接受自身及近缘花粉而不接受远缘花粉的机制,提出了柱头-花粉间识别与信号交流的“锁-钥模型”,阐明了柱头处种间/属间生殖障碍形成的机理,完美解释了“花粉蒙导效应”:由柱头的乳突细胞表面受体FER/CVY1/ANJ/HERK1、乳突细胞自分泌小肽sRALF1/22/23/33,以及细胞壁蛋白LRX3/4/5等组分协作构建成“锁”,该“锁”能阻止花粉管穿入柱头;自身及近缘植物种的花粉携带的7个旁分泌小肽pRALF10/11/12/13/25/26/30即为“钥匙”,该“钥匙”打开柱头处的“锁”,使得花粉管可以穿入柱头。远缘植物的花粉由于没有携带这把“钥匙”,打不开柱头处的“锁”,因而远缘植物的花粉管就无法穿入柱头,这就形成了植物种间/属间的杂交障碍。如果把同种花粉与远缘花粉混合授粉,由于同种花粉携带有“钥匙”,可以打开“锁”,远缘花粉管跟随同种花粉管一起穿入柱头,从而产生“花粉蒙导效应”。   进一步研究发现,通过突变去除柱头处组成“锁”的任一组分,“锁”的功能便会失效,远缘花粉管即可穿入柱头,柱头处的生殖障碍就会被打破。更为重要的是,人工合成同种花粉携带的“钥匙”(即同种花粉的pRALF小肽)施加到柱头上,可以完美地替代“同种蒙导花粉”,让远缘花粉有效地穿入柱头,成功克服柱头处这一关键生殖障碍。应用这一成果,该团队成功地在两个不同属的植物种之间(分化于2700万年前)实现了远缘杂交并获得了杂交胚。该研究通过揭示植物在柱头处的关键生殖杂交屏障建立的分子基础,找到了一种简单、有效的方法打破植物柱头处的关键生殖障碍。这对于未来在农业、园艺等领域打破植物种间/属间生殖隔离,实现远缘杂交,创制全新种质资源具有重要的理论意义和广阔的应用前景。