一作解读|中国春-欧山羊草5M附加系探究
将野生近缘植物中的优异基因导入普通小麦是拓宽小麦遗传基础、改良小麦的有效途径之一。欧山羊草Ae. biuncialis(2n = 4x = 28, UUMM)生长在高温和高光照的地中海和西亚地区，携带抗病、抗旱、耐盐等诸多可供小麦遗传改良的优异基因。Molnár-Láng等团队创制了一系列小麦-欧山羊草二体附加系。但是，关于欧山羊草特异分子标记的开发鲜有报导。
本课题组前期创制了一系列中国春-欧山羊草衍生系材料。本研究对其中一个株系WA317进行了分子细胞遗传学鉴定。利用欧山羊草DNA做探针，中国春DNA为封阻，对WA317进行GISH鉴定。结果表明，WA317含有44条染色体，包含1对完整外源染色体（红色杂交信号）和42条小麦染色体（由DAPI复染为蓝色）（图1a，c）。因此，WA317是一个遗传稳定的小麦-欧山羊草二体异附加系。
图1小麦-欧山羊草5Mb附加系染色体鉴定
利用探针Oligo-pAs1.0（或Oligo-pTa535）和Oligo-pSc119.2对WA317中外源染色体和小麦染色体进行FISH鉴定。当以Oligo-pAs1.0（红色）和Oligo-pSc119.2（绿色）进行FISH鉴定时，附加的外源染色体短臂上均含有二者杂交信号（图1b）；当以Oligo-pTa535和Oligo-pSc119.2进行FISH鉴定时，附加的外源染色体同样含有Oligo-pSc119.2的杂交信号（图1d）。
为了进一步确定WA317中外源染色体的遗传成分，以小伞山羊草（UU）和卵穗山羊草（MM）DNA作为探针，四倍体小麦（AABB）作为封阻（1:30），对其进行mcGISH鉴定（图2）。结果表明，WA317中附加染色体属于M基因组。根据Wanget al（2013）发表的欧山羊草FISH模型，在7条Mb染色体中，WA317中外源染色体的FISH探针杂交信号以及长短臂臂比非常接近于5Mb染色体。因此，WA317是小麦-欧山羊草5Mb二体异附加系。
图2 以小伞山羊草（UU）和卵穗山羊草（MM）DNA作为探针，对欧山羊草（a）和小麦-欧山羊草5Mb附加系WA317（b）根尖有丝分裂染色体mcGISH鉴定。a 欧山羊草，U和M组染色体分别为绿色和红色；b WA317，外源染色体为红色，小麦染色体为蓝色。
利用简化基因组测序技术，对欧山羊草株系Y17进行测序，获得的序列与中国春序列进行比对，将同源性小于50%的序列用于开发欧山羊草特异分子标记。目前，共设计600对引物，其中242对具有欧山羊草特异扩增带型，筛选效率为40.33%。为了进一步将这些特异标记定位到M和U基因组上，242个特异标记对欧山羊草Y17（UUMM）、小伞山羊草Y139（UU）、卵穗山羊草Y258（MM）和阴性对照中国春进行扩增（表1）。242个标记可以扩增298种带型，分为4种类型：U和M共有带型（172个）、U特异扩增带型（6个）、M特异扩增带型（102个）和Y17特异扩增带型（18个）。另外，这242个标记对5M附加系WA317进行扩增，45个标记具有特异扩增条带，为5M特异分子标记。本文开发的欧山羊草特异分子标记，可以用于小麦背景下欧山羊草及U和M基因组染色体的追踪与鉴定。
Table1. Detection of Ae. biuncialis accessions and line WA317 using Ae.biuncialis SLAF markers.
图3 欧山羊草特异分子标记电泳条带及分类
与中国春相比，小麦-欧山羊草5M二体附加系WA317在植株发育后期，穗部颖壳逐渐变为褐色，且较难脱粒（图4），说明5M染色体携带有与颖壳发育相关的基因。
图4 中国春（左）小麦-欧山羊草5Mb二体附加系WA317（右）植株与穗部形态
2020年6月5日，这一研究成果在线发表在International Journal of Molecular Sciences上(https://doi.org/10.3390/ijms21114053)，论文题目为“Molecular cytogenetic identification of wheat–Aegilopsbiuncialis 5Mb disomic addition line with tenacious and black glumes”。论文第一作者是宋利强和赵慧博士，李俊明研究员是该论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基因项目、国家重点研发计划项目、河北省科技厅优秀青年基金项目的资助。