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普通小麦-大赖草易位系的选育_关于刘大钧的故事

时间:2022-05-10 名人故事 版权反馈
【摘要】:普通小麦-大赖草易位系的选育_关于刘大钧的故事1995年,以陈佩度、刘大钧为主持人的科研团队成功申请到了麦氏基金作物合作研究项目后,刘大钧、陈佩度团队就紧锣密鼓地开展了“抗小麦赤霉病新种质的搜集、鉴定、转移和利用”的研究。根据团队过去的研究经验和成果,他们将工作的重点主要放在普通小麦-大赖草易位系的选育上。

普通小麦-大赖草易位系的选育_关于刘大钧的故事

1995年,以陈佩度、刘大钧为主持人的科研团队成功申请到了麦氏基金作物合作研究项目后,刘大钧、陈佩度团队就紧锣密鼓地开展了“抗小麦赤霉病新种质的搜集、鉴定、转移和利用”的研究。按照计划,第一年的主要工作是抗小麦赤霉病新种质的搜集和鉴定,从第二年开始进入转移和利用的工作。根据团队过去的研究经验和成果,他们将工作的重点主要放在普通小麦-大赖草易位系的选育上。

1995年,他们以普通小麦“中国春”与大赖草杂种回交后代BC2F3和自交后代F4的花药培养后代为材料,使供试的34个材料均能产生愈伤组织,不过只有16个材料的愈伤组织分化出绿苗。愈伤组织诱导率较低,平均为2.4%。共获得72株花粉植株,其中11株自然加倍,17株人工加倍,共有28株结实。对其后代观察发现,在田间表现多样性,株系间在株高、熟期和穗型上有较大差异,株系内表现比较一致。其后又通过根尖细胞(RTC)染色体计数、花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ染色体配对行为观察及染色体C-分带,选育出2个双重二体异附加系和1个异代换-附加系。遗憾的是这3个材料赤霉病的抗性没有预期的那么好,但这一实验结果还是具有较大价值,由于抗赤霉病受多基因控制,仅选育涉及一条外源染色体的抗源,其异附加系、异代换系和易位系的抗性可能达不到亲本的抗性水平,而用抗病植株间配对并结合花药培养,创建涉及到多条外源染色体的异附加系、异代换系和易位系,使位于不同染色体上的抗病基因聚合起来,有希望创造出保持较高抗性、农艺性状较好的中间材料。

同年,刘大钧团队还利用普通小麦-纤毛鹅观草双二倍体作父本,与普通小麦“中国春”进行杂交,获得含一整套纤毛鹅观草染色体的同胞质F1,然后连续回交,在回交后代中筛选并鉴定了两个同胞质的普通小麦-纤毛鹅观草异附加系。其中一个异附加系的植株根尖体细胞染色体数为2n=42+2,经染色体C-分带分析,这两个端体的带纹一致,可以确定它是添加了一对纤毛鹅观草染色体长臂的端二体异附加系,该异附加系形态上与回交亲本“中国春”有明显差异。

图9-3 1997年刘大钧(右一)在福建建阳市南平地区农科所赤霉病抗性鉴定试验田工作照片

1996年,为尽快创建出一套完整的普通小麦-大赖草的二体异附加系,刘大钧团队加快了科研步伐。以普通小麦“中国春”和大赖草杂种与普通小麦回交后代为材料,在选出三个抗赤霉病异附加系Lr2.,Lr7.和Lr14.之后,又成功选育出了4个异附加系:Lr1.,Lr4.、Lr5.和Lr12.,对这些异附加系赤霉病抗性不强,但对大赖草赤霉病抗性基因的染色体定位和其染色体上所携带其他有利基因的利用还是很有价值的。(www.guayunfan.com)1997年,刘大钧、陈佩度团队在选育、鉴定异附加系的同时,也注意到端体异附加系。端体异附加系作为一类较特殊的遗传材料,在外源优良性状转移、基因定位、易位系的创制等遗传研究中具有重要价值。利用根尖细胞有丝分裂中期染色体计数、花粉母细胞减数分裂中期I染色体组型分析以及C-分带,从普通小麦“中国春”与大赖草杂种回交后代中选育出两个端二体异附加系,运用单花滴注技术对这些材料在活体和离体条件下进行赤霉病人工接种鉴定。结果表明,其中一个端二体异附加系的抗性与抗赤霉病对照品种“苏麦3号”相仿,但明显高于感病亲本“中国春”,C-分带鉴定显示其染色体中添加了一对大赖草Lr14.染色体的一个臂,另一端二体异附加系的赤霉病抗性亦明显高于感病亲本“中国春”,并高于“苏麦3号”,根据C-分带结果,其染色体中添加了一对Lr2.短臂端着丝粒染色体,利用端体异附加系,可以将赤霉病抗性基因进一步定位到大赖草相应染色体臂上。

1998年,是麦氏基金作物合作研究项目第一期的最后一年,刘大钧、陈佩度团队对大赖草的研究也进入到了攻坚阶段,为选育出普通小麦-大赖草的易位系,他们安排研究生刘文轩以感赤霉病小麦品种“扬麦5号”和普通小麦-大赖草抗赤霉病Lr2.异附加系为主要试验材料,取其F1将要开花的穗子进行钴(60Co)-γ射线辐射,辐射后立即从处理过的麦穗上取新鲜花粉给预先已去雄1—2天的“扬麦5号”授粉,并套袋结实。杂交种子于同年10月下旬点播,第二年5月在大田活体和室内离体两种条件下分单株进行赤霉病抗性鉴定,将其种子进行根尖细胞染色体C-分带和荧光分子原位杂交,挑选、鉴定纯合易位系。

经大田活体和室内离体下接种鉴定,从中选出8株在大田和离体条件下均表现抗病的单株,对这8株的自交M2代进行PMC MI染色体构型分析和赤霉病抗性分单株接种鉴定,其中5株既抗赤霉病、PMC MI又无明显整条Lr2.染色体的单株,初步推测这些单株发生了小麦和大赖草的染色体易位。对上述这5株单株的PMC MI染色体进行荧光原位杂交分析,结果证实它们的确发生了小麦与大赖草染色体间的易位,RTC染色体原位杂交也证实了易位的发生。

虽然荧光原位杂交结果肯定了普通小麦与大赖草染色体发生了易位,而且属于顶端易位,但易位发生在小麦哪一条染色体以及是大赖草的长臂还是短臂尚不清楚。因此,刘大钧、陈佩度团队又对这5株易位系自交种子根尖染色体进行了C-分带。C-分带结果表明,易位发生在大赖草Lr2.染色体的短臂与小麦4B染色体的长臂之间,易位断点在4B染色体着丝粒长臂约1/3区段,该易位系为T4BS.4BL-Lr.2S(Lr.2后来被确定为7Lr#1,故该易位系被命名为T4BS.4BL-7Lr#1S)。

图9-4 麦氏基金管理委员会代表到南京实地考察刘大钧团队研究基地(左起:刘大钧、陈佩度、R.M.Goodman(CCRP项目专家顾问委员会主席))

T4BS.4BL-Lr2S易位系是世界上第一个普通小麦-大赖草的易位系,弥补了相关易位系领域的空白,在大赖草抗赤霉病基因定位、抗性转移方面都有利用价值。

虽然T4BS.4BL-Lr2S易位系是经过连续两年严格的赤霉病抗性鉴定选育而成的,但由于M1和M2代群体过小,再加之赤霉病发病受接种用菌源、接种后气候等诸多因素的影响,T4BS.4BL-Lr2S易位系的赤霉病抗性还需做进一步鉴定,这也再一次说明在抗赤霉病研究道路上的艰辛。

1998年6月底,刘大钧、陈佩度团队向麦氏基金递交了项目总结报告和财务报告书,标志着麦氏基金作物合作项目第一期正式结束。这三年半的时间忙碌而充实,刘大钧与他的团队马不停蹄,毫无懈怠,科研进度一直是稳步前进,最终获得了一批抗赤霉病二体异附加系材料,尤其是珍贵的端二体异附加系,率先创制出易位系,并开始逐步地运用分子生物学技术进行鉴定和选育,这些过程中他们创造了许多首次和第一,并多次赢得麦氏基金监管专家顾问委员会主席R.M.Goodman的赞赏。也正是基于以上的表现和成果,在递交报告后不久,麦氏基金项目管理委员会发来消息:麦氏基金作物合作项目决定第二期继续资助刘大钧、陈佩度团队,从1998年下半年开始,到2001年上半年止。

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