四川省农业科学院作物研究所杨武云研究员研究团队设计了一种将D基因渗入AB基因组的方法（图1）：首先通过四倍体硬粒小麦与二倍体节节麦杂交及染色体加倍合成六倍体人工合成小麦，继而再利用人工合成小麦与该四倍体供体亲本杂交，获得五倍体杂种，并连续自交获得衍生群体，鉴定衍生后代中四倍体、筛选含有D基因组染色体（或染色体片段）的渗入系。采用该方法创制的D基因组渗入系遗传背景单一，与四倍体供体一致，可进一步用于渗入染色体或染色体片段重要基因发掘（有关染色体片段渗入系另文报导）。研究团队利用该方法，成功鉴定出大穗、高抗条锈且携带叶鞘、叶耳绒毛特征的硬粒小麦-节节麦4D (4B)染色体二体代换系。该研究成果近期在Frontiersin Plant Science在线发表“Characterization of the Durum Wheat-Aegilops tauschii 4D(4B) Disomic Substitution Line YL-443 With Superior Characteristics of High Yielding and Stripe Rust Resistance”。
图1.硬粒小麦-节节麦4D(4B)染色体二体代换系YL-443创制流程
利用多色荧光原位杂交（Mc-FISH）（探针Oligo-pSc119.2和Oligo-pTa535）对衍生群体进行染色体组成鉴定。结果显示，YL-443材料的两条4B染色体被两条4D染色体取代（图2），表明该材料为4D(4B)染色体二体代换系。
图2.多色荧光原位杂交鉴定结果
对代换系YL-443、人工合成小麦YL-724及四倍体野生型Lanmai进行穗部表型及主要农艺性状调查（图3, 4）。ANOVA分析显示：与亲本Lanmai相比， YL-443株高无显著性差异，但穗长、小穗数、小花数、穗粒数显著性增加，其中小穗数和小花数分别比野生型增加36.3%和75.9%。
图3.穗部表型差异比较
图4.主要农艺性状的ANOVA差异性分析
形态学观察结果表明，4D(4B)代换系YL443、人工合成小麦YL-724及亲本节节麦AT23的叶鞘、叶耳均被绒毛（图5），表明YL-443成功遗传节节麦亲本4D染色体长臂上的绒毛基因，可作为跟综4D染色体的形态标记。
图5.叶鞘、叶耳绒毛特征比较
对各材料进行条锈病抗性比较鉴定（图6）。首先利用4D染色体条锈病抗性基因YrAS2388特异性引物进行PCR鉴定，结果表明代换系YL-443和人工合成小麦YL-724均含有该基因。随后的条锈病流行菌株田间抗性鉴定显示，四倍体野生型Lanmai、代换系YL-443、人工合成小麦YL-724和二倍体节节麦AT23分别表现为感病、高抗、中抗、近免疫，表明该条锈病基因抗性在四倍体（YL-443）条件下几乎完全表达，而在六倍体（YL-724）条件下受到部分抑制。
图6.条锈病抗性基因YrAS2388的PCR鉴定及成株期田间抗性调查结果比较
利用已释放的小麦染色体特异性KASP标记，在代换系材料YL-443 的4D、4B染色体上分别鉴定出9对、14对特异性标记。该研究直接通过五倍体杂交，成功将二倍体D基因组染色体转入四倍体小麦，创制出大穗、高抗条锈的硬粒小麦-节节麦4D（4B）染色体代换系，且代换系遗传背景与原四倍体小麦一致，对于进一步系统分析和挖掘渗入节节麦4D染色体所携带基因具有重要意义。同时，该代换系可以通过提高结实率，用于提高硬粒小麦产量潜力。该研究中所验证的YrAS2388基因特异性引物、KASP特异性标记，可用于涉及代换系YL-443杂交事件的分子标记辅助选择；所携带的叶鞘、叶耳特殊绒毛特征，可用于育种改良中的表型直观辅助选择，方便快捷。
作者和基金项目
四川农业大学小麦研究所博士研究生杨凡、澳大利亚莫道克大学博士研究生刘琪迩和四川省农业科学院作物研究所王琴为该论文共同第一作者，四川农业大学周永红教授、四川省农业科学院杨武云研究员和莫道克大学马武军教授为通信作者。该研究得到中国国家留学基金委、四川省财政专项“主要农作物核心种质资源测序及精准鉴定评价”项目、国家自然科学基金项目（31870360,31470305）、第二次青藏高原科考计划（2019QZKK0303）和国家现代小麦产业技术体系（CARS-03）的资助。
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2021.745290/full小麦族多组学网站：http://202.194.139.32
