培育部分同源染色体重组的新型六倍体小麦的方法技术

本发明专利技术涉及种质创新领域，公开了培育部分同源染色体重组的新型六倍体小麦的方法，不导入人工合成四倍体基因组组成以外的外源遗传物质，利用人工合成四倍体小麦自发重组产生的亚基因组间部分同源染色体结构变异，通过杂交途径，以人工合成四倍体小麦为杂交亲本，将这种结构变异转移给六倍体小麦。采用的技术方案为利用已创制的含有部分同源染色体重组的人工合成四倍体小麦为杂交亲本，通过包括人工合成四倍体小麦与普通小麦杂交及回交、人工合成四倍体小麦直接与二倍体小麦杂交，最终得到含有部分同源染色体重组的新型六倍体小麦新种质。

Method for cultivating a new type of six diploid wheat with partial homologous chromosome recombination

The present invention relates to the field of germplasm innovation, discloses a method for cultivating homoeologous recombination model six hexaploid wheat, exogenous genetic material composition does not import synthetic tetraploid outside the genome, spontaneous recombination produced by artificial synthesis of Intersubgenomic tetraploid wheat homoeologous chromosome structure variation, by crossing with synthetic tetraploid wheat parents, this structure will be transferred to the six ploidy variation of wheat. The technical scheme for use has been created with synthetic tetraploid wheat homoeologous recombination for hybrid parents, by including artificial tetraploid wheat and common wheat hybrid and backcross, artificial tetraploid wheat hybridized with diploid wheat, eventually containing new germplasm homoeologous recombination model of six hexaploid wheat.

【技术实现步骤摘要】
培育部分同源染色体重组的新型六倍体小麦的方法
本专利技术属于种质创新
，具体涉及将人工合成四倍体小麦自发产生的结构变异传递给普通小麦，培育部分同源染色体重组的新型六倍体小麦的方法。
技术介绍
禾本科小麦属（Triticum）包括二倍体小麦、四倍体小麦和六倍体小麦。其中四倍体小麦的硬粒小麦（T.turgidumssp.durum）和六倍体的普通小麦（T.aestivumL.）在世界各地广泛种植，是重要的粮食作物。我国主要种植和食用六倍体普通小麦。国家的粮食安全需求及资源高效利用、生态环境保护的要求，对小麦新品种培育提出了更高的要求和更大的挑战。但近年我国小麦育种一直处在瓶颈期，其中一个重要制约因素就是新种质资源匮乏。六倍体普通小麦（2n=42，基因组AABBDD）包含A、B、D三个亚基因组，每个亚基因组有14条染色体，三个亚基因组的染色体互称为部分同源染色体。A亚基因组的二倍体供体为乌拉尔图小麦（T.urartu，2n=14，基因组AA），D亚基因组的二倍体供体为粗山羊草（Aegilopstauschii，2n=14，基因组DD），B亚基因组没有确定的二倍体供体，但山羊草属的拟斯卑尔托山羊草（Ae.speltoides，2n=14,基因组SS）的S基因组与普通小麦B亚基因组的亲缘关系最近。小麦有着复杂的进化史，包含多次物种间杂交和基因组加倍。最新研究结果显示，D亚基因组的祖先是由含有A与B基因组的祖先杂交而来，此后，在约50万年前（0.5MYA），乌拉尔图小麦与一个含有S基因组的二倍体物种（与拟斯卑尔托山羊草Ae.speltoides具有密切的亲缘关系）发生了杂交和加倍，产生了四倍体小麦（T.turgidumL.，2n=28，基因组AABB）。四倍体小麦被驯化成多种人工栽培小麦，包括至今仍有种植的硬粒小麦（durum）。在大约8000年前，栽培的四倍体小麦与粗山羊草（Ae.tauschii，2n=14，基因组DD）发生了第二次杂交和基因组加倍，形成异源六倍体普通小麦(T.aestivumL.，基因组为AABBDD）新物种。与大多数异源多倍体物种不同的是，天然形成的小麦，无论是四倍体还是六倍体，在染色体5B长臂上都含有一个关键基因——Ph1基因，它严格控制减数分裂过程中部分同源染色体的配对和联会。Ph1基因是把“双刃剑”，它不干涉正常的同源染色体配对、联会，维持了基因组的稳定，却限制了部分同源染色体之间的重组，降低了遗传变异。Ph1基因的存在把六倍体小麦基因组内三个亚基因组的资源“锁”起来了，亚基因组之间基因不能相互流动。因此多倍体小麦中部分同源染色体间基本不发生重组和遗传物质的交换。也就是说，天然存在的四倍体和六倍体小麦都是不发生部分同源染色体重组的物种，这极大限制了遗传多样性的产生。作物育种的基础是遗传多样性的产生，为克服六倍体小麦遗传基础狭窄的问题，育种家研发了多种相关技术将外源遗传物质导入小麦背景。主要包括三种：小麦诱变育种，是通过电离辐射或化学诱变剂处理小麦与野生亲缘物种的杂交种及后代。辐射可能诱导产生带有碱基突变的材料，同时辐射也会导致染色体断裂，在染色体进行同源重组修复或者非同源末端连接修复的过程中，“强行”实现小麦与外源染色体之间发生重组；小麦远缘杂交育种，是将小麦与黑麦、偃麦草、簇毛麦等野生亲缘物种杂交，通过染色体工程导入外源种质的遗传物质，产生小麦与外源种质的附加系、代换系、易位系等；人工合成六倍体小麦，是通过四倍体小麦（T.turgidum）和粗山羊草（A.tauschii）杂交，得到人工合成六倍体小麦，通过这种合成小麦作为中间亲本向六倍体普通小麦同时导入四倍体小麦和粗山羊草的基因。虽然这些育种方法都可以将外源遗传物质导入普通小麦产生遗传变异，但它们也都存在各自的缺陷：物理或化学诱变手段能够增加突变的频率，但突变产生的位点随机，有害突变多，有利突变少，产生的变异绝大多数不能遗传；小麦远缘杂交则面临杂交不结实、杂种不育和夭亡的难题，即使能获得杂交种并得到附加系、代换系、易位系等材料，杂种衍生后代携带大量野生种的不利基因，需要多个世代的回交和分离才能去除；人工合成小麦的亲本选择局限于四倍体小麦和粗山羊草，而且Ph1基因限制了两亲本之间的重组，该方法难以产生更丰富的后代类型。人工合成四倍体小麦有两种类型，它们的基因组分别为SSDD和AADD。AA基因组来源为六倍体普通小麦A亚基因组供体的二倍体乌拉尔图小麦，SS基因组来源为与六倍体普通小麦B亚基因组供体亲缘关系近的二倍体山羊草属小麦，DD基因组来源为六倍体普通小麦D亚基因组供体的二倍体粗山羊草。由于这三种类型的二倍体小麦都没有执行类似六倍体小麦中Ph1基因功能的基因，因此，经人工杂交、加倍得到的人工合成四倍体小麦能够进行部分同源染色体之间的联会、配对及重组。细胞学研究也证实：两种人工合成四倍体小麦在部分同源染色体之间，即S与D亚基因组染色体和A与D亚基因组染色体之间能够自然发生染色体易位等结构变异，从而产生不同的四倍体小麦核型。在创制小麦新种质的过程中，若要产生发生重组事件的六倍体小麦，除了传统引入外源遗传物质的方式以外，充分利用部分同源染色体之间频繁的重组，配合多种杂交转育方式，就能够将丰富的遗传变异传递给六倍体小麦。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用人工合成四倍体小麦自发产生的部分同源染色体结构变异，在避免导入其它外源遗传物质的情况下，培育含有部分同源染色体重组的新型六倍体小麦新种质。本专利技术的内容是，不导入人工合成四倍体基因组组成以外的外源遗传物质，利用人工合成四倍体小麦自发重组产生的亚基因组间部分同源染色体结构变异，通过杂交途径，以人工合成四倍体小麦为杂交亲本，将这种结构变异转移给六倍体小麦，创制六倍体普通小麦新种质。具体为：以发生大量部分同源染色体重组的人工合成四倍体小麦为杂交亲本，与六倍体普通小麦或者二倍体小麦杂交，将在四倍体小麦水平产生的结构变异导入六倍体普通小麦，由于其中大量结构变异的存在，将导致相应基因表达水平的可遗传改变，进而产生具有新表型的种质，成为能够在育种上直接被利用的六倍体小麦新种质。为了实现以上目的，本专利技术采用如下技术方案：利用已创制的含有部分同源染色体重组的人工合成四倍体小麦为杂交亲本，通过包括人工合成四倍体小麦与普通小麦杂交及回交、人工合成四倍体小麦直接与二倍体小麦杂交，最终得到含有部分同源染色体重组的新型六倍体小麦新种质。1、人工合成四倍体小麦与普通小麦杂交及回交：将含有部分同源染色体重组的人工合成四倍体小麦与普通小麦杂交，在得到的五倍体杂交种小麦与六倍体普通小麦的回交后代中筛选六倍体小麦。亲本选择：含有部分同源染色体重组的人工合成四倍体小麦，基因组为AADD。含有部分同源染色体重组的人工合成四倍体小麦，基因组为SSDD。六倍体普通小麦，基因组为AABBDD。杂交组合：（1）人工合成四倍体小麦（AADD）与六倍体普通小麦（AABBDD）杂交，在得到的五倍体杂交种小麦与六倍体普通小麦的回交后代中筛选六倍体小麦。（2）人工合成四倍体小麦（SSDD）与六倍体普通小麦（AABBDD）杂交，在得到的五倍体杂交种小麦与六倍体普通小麦的回交后代中筛选六倍体小麦。2、人工合成四倍体小麦直接与二倍体小麦杂交：含本文档来自技高网...

【技术保护点】
培育部分同源染色体重组的新型六倍体小麦的方法，其特征在于，不导入人工合成四倍体小麦基因组组成以外的外源遗传物质，利用人工合成四倍体小麦自发重组产生的亚基因组间部分同源染色体结构变异，通过杂交途径，以人工合成四倍体小麦为杂交亲本，将这种结构变异转移给六倍体小麦。

【技术特征摘要】
1.培育部分同源染色体重组的新型六倍体小麦的方法，其特征在于，不导入人工合成四倍体小麦基因组组成以外的外源遗传物质，利用人工合成四倍体小麦自发重组产生的亚基因组间部分同源染色体结构变异，通过杂交途径，以人工合成四倍体小麦为杂交亲本，将这种结构变异转移给六倍体小麦。2.根据权利要求1所述的人工合成四倍体小麦基因组组成，其特征在于，人工合成四倍体小麦基因组组成为AADD或SSDD。3.根据权利要求2所述的人工合成四倍体小麦基因组组成为AADD或SSDD，其特征在于，AA基因组为六倍体普通小麦A亚基因组供体的二倍体乌拉尔图小麦，SS基因组为与六倍体普通小麦B亚基因组供体亲缘关系近的二倍体山羊草属小麦，DD基因组为六倍体普通小麦D亚基因组供体的二倍体粗山羊草。4.根据权利要求1所述的利用人工合成四倍体小麦自发重组产生的亚基因组间染色体结构变异，其特征在于，人工合成四倍体小麦要含有部分同源染色体重组的染色体。5.根据权利要求1所述的通过杂交途径，其特征在于，人工合成四倍体小麦用六倍体普通小麦杂交及回交、人工合成四倍体小麦直接与二倍体小麦杂交。6.根据权利要求5所述的人工合成四倍体小麦用六倍体普通小麦杂交及回交，其特征在于，将含有部分同源染色体重组的人工合成四倍体小麦与六倍体普通小麦杂交，在得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓欣，勾晓婉，庞劲松，张铧坤，姜丽丽，刘宝，
申请(专利权)人：东北师范大学，庞劲松，
类型：发明
国别省市：吉林,22