济麦系列小麦荧光原位杂交（FISH）分析

工程对其进行改良奠定了良好的细胞遗传学基础；FISH信号变异位点的类似性，说明济麦系列小麦的遗传基础相对狭窄，应在今后育种工作中注意选择与其亲缘关系相对较远的育种亲本进行组配。

关键词：济麦系列小麦；多聚核苷酸；荧光原位杂交；染色体结构变异

中图分类号：S512.1+10.351

文献标识号：A

文章编号：1001-4942（2016）01-0016-05

小麦是世界上重要的粮食作物之一。全世界有三分之一的人口以面食为主食，我国山东、河南、山西和陕西等多个省份也主要以面食为主食，因此，高产或超高产优质小麦品种的培育对满足人们饮食结构需求及应对粮食安全至关重要。本课题组先后育成的包括济南17、济麦19、济麦20、济麦21和济麦22在内的大面积推广济麦系列小麦，是山东及全国小麦品种更新换代的主导品种，为山东省粮食十连增、全国粮食九连增做出了重大贡献。近年来又育成了济麦23和济麦0850262（以下简称济麦262）等一批山东小麦的重要储备品系。然而，济麦系列小麦的抗病性仍有待改良，是育成超高产小麦的制约因素之一。

小麦远缘物种是小麦育种的优异基因源，可以用于济麦系列小麦的遗传改良。近期，本课题组从小麦一远缘物种染色体系（附加系、代换系和易位系等）中筛选出了一批抗病性好且农艺性状优良的种质资源，可以直接或经染色体工程改造后应用于济麦系列小麦的改良工作。

荧光原位杂交（FISH）不仅可用于小麦染色体的识别，还可应用于小麦背景中远缘物种染色体的鉴定，因而，可用于追踪导人小麦的远缘物种染色体（质）。唐宗祥等开发的以多聚核苷酸（Oligo-pSc119.2-1和Oligo-pTa-535-1）为探针的双色FISH可以有效区分小麦及其远缘物种染色体。然而，不同麦区小麦品种（系）的FISH信号可能存在多样性，对导人小麦背景中的远缘物种染色体鉴定造成影响，因此，研究清楚相关小麦染色体的FISH模式对其遗传改良至关重要。本研究对济麦系列小麦进行了双色FISH分析，获得了济麦系列小麦的标准FISH核型，为利用小麦远缘物种改良济麦系列小麦奠定了良好的细胞遗传学基础；此外，还发现了部分济麦系列小麦的特异FISH位点，可作为细胞学标签用于其身份识别。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为优质小麦济南17、面条小麦济麦19、面条面包兼用小麦济麦20、高产广适小麦济麦21、超高产稳产小麦济麦22以及优良品系济麦23和济麦262。前5个小麦品种及后2个小麦品系均由山东省农业科学院作物研究所小麦室育成。

试验所用探针Oligo-pSc119.2-1和Oligo-pTa-535-1序列同文献，由成都瑞信生物公司合成。

1.2 染色体制片和原位杂交

将种子置于铺有滤纸且湿润的培养皿中，放人220C的恒温光照培养箱中。待种子萌动后，将培养皿转到4cC冰箱中放置24h，之后，放人22℃恒温光照培养箱培养，待种子根尖长至1～2cm时，剪下根尖，用冰水处理22～24h。倒出冰水，用固定液（无水乙醇：冰醋酸=3：1，体积比）固定根尖7d以上，压片备用。压片方法参见文献，原位杂交参见文献。

2 结果与分析

2.1 济南17的FISH分析

以Oligo-pTa535-l和Oligo-pSc119.2-1为探针对济南17进行分析，结果发现，济南17的FISH信号与Tang等报道的中国春的信号类似，略有区别。济南17在1B染色体着丝粒处有明显的Oligo-pTa535-1信号，中国春在该处没有该信号；济南17的6B随体末端、7B长臂末端均具有Oligo-pSc119.2-l信号，而中国春在该处没有杂交信号；中国春2D长臂端部具有Oligo-pTa535-1信号，而济南17的2D长臂端部未发现该信号（图la）。

2.2 济麦19的FISH分析

中国春在4A和6B长臂末端均具有Oligo-pSc119.2-1杂交信号，而济麦19这两处未发现FISH信号（图lb）；中国春在6A短臂末端具有Oligo-pTa535-1信号，而济麦19在该处没有信号；济麦19的6B随体末端、7B长臂末端和ID长臂近末端具有Oligo-pSc119.2-1信号，而中国春的这三个位点没有FISH信号。

2.3 济麦20的FISH分析

济麦20的2A染色体长臂中间、IB随体末端、6B短臂末端和1D短臂末端均具有Oligo-pSc119.2-1信号，并且前两者信号相对较弱，后两者信号较强（图lc），而中国春在这四处没有FISH信号。

2.4 济麦21的FISH分析

中国春1A染色体着丝粒区、短臂近末端和末端均具有Oligo-pTa535-l信号，而济麦21的1A染色体在短臂近末端具有Oligo-pTa535-1信号，短臂末端信号丢失且着丝粒区信号非常微弱（图ld）。此外，济麦21的1B和6B染色体随体末端具有Oligo-pSc119.2-1信号，而中国春在这两处没有FISH信号。在探针用量相同的情况下，济麦21的1B随体末端Oligo-pSc119.2-l信号较中国春和其他6份供试济麦材料在该处的杂交信号强，说明探针序列在济麦21的IB随体末端可能发生过扩增。

2.5 济麦22和济麦23的FISH分析

济麦23由济麦22和豫麦34杂交并回交2次获得，含有87.5%的济麦22血缘，因而把这两份材料并在一起分析。相比中国春的FISH信号，两份材料FISH信号及信号变化位点具有一致性，即4A染色体长臂末端未发现Oligo-pSc119.2-1信号，而7B长臂末端具有Oligo-pSc119.2-1信号（图le、g）。此外，对济麦23的不同单株进行FISH分析时发现，存在染色体断裂和重接现象，主要涉及染色体SB和6B（图th、i），可能与所选样品为育种早代材料有关。

2.6 济麦262的FISH分析

中国春的SA长臂中间位置具有Oligo-pTa535-1信号，而济麦262在该处的Oligo-pTa535-1信号非常微弱或丢失，但在该处具有较强的Oligo-pSc119.2-1 FISH信号（图lf），说明Oligo-pTa535-1序列在该处发生删除的同时还发生了Oligo-pSc119.2-l序列扩增。此外，济麦262的6B染色体随体末端和1D长臂末端都具有Oligo-pSc119.2-1信号，而中国春在此处没有该信号。中国春在6B长臂末端具有Oligo-pSc119.2-1信号，而济麦262的6B长臂末端没有该信号。

2.7 济麦系列小麦FISH变异位点综合分析

以Oligo-pTa535-1和Oligo-pSc119.2-1为探针对7份济麦系列小麦材料进行FISH分析，获得其标准FISH核型（图1），发现Oligo-pTa535-1探针主要杂交小麦A和D染色体，Ol-igo-pSc119.2-1探针主要杂交B染色体，与Tang等结果具有一致性，但在少数染色体上的信号又有所差异，差异位点主要集中在IA、2A、4A、6A、1B、6B、7B、1D和2D等染色体（表1），4A、6B、7B和1D染色体上的FISH信号变异频率相对较高。相比中国春，济麦系列小麦FISH位点变异有26处，其中，1处发生在染色体着丝粒区，11处（含随体信号变异6处）发生在染色体短臂上，14处发生在染色体长臂上。

济南17在1B染色体着丝粒处有明显的Oli-go-pTa535-1信号（图la），中国春和其他6份济麦材料在此处均未发现该信号，因此，该信号可以作为济南17的细胞学标签，有效区分于中国春和其他供试济麦材料。同理，济麦20的1D短臂末端和2A长臂末端的Oligo-pSc119.2-1信号均可以作为济麦20的细胞学标签；济麦262的SA长臂中间的Oligo-pSc119.2-1信号可以作为其细胞学标签。

3 结论与讨论

供试7份济麦系列小麦中，济麦19、济麦22和济麦23的4A染色体长臂末端没有Oligo-pSc119.2-1信号，其长臂的Oligo-pTa535-1信号相比中国春的4A染色体的信号更靠近末端，说明4A染色体长臂末端可能发生断裂。同时，这三份材料的7B染色体长臂末端都具有Oli-go-pSc119.2-1信号，而在中国春7B长臂末端没有Oligo-pSc119.2-l信号，因此，我们推测4A染色体长臂片段可能易位到7B长臂末端。类似的染色体4/7同源群重组现象已经在小麦、黑麦和山羊草等物种中发现，因而，这种非同源重组并不是独立现象，可能在进化过程中这种染色体断裂重接更有利于其适应环境。

唐宗祥等对黑麦/绵阳11杂交后代材料、黑麦/绵阳11/川农27杂交后代进行了FISH分析，结果发现，小麦染色体发生了变异，变异主要集中在SA、6A、1B、2B、6B、7B、ID、3D和7D染色体上，认为这些染色体结构变异可能是由于黑麦染色体导入诱发的。葛群等研究发现黑麦染色体1R和SR单体附加系同样可以诱导小麦染色体变异和异位。上述研究均是由于外源染色体导入导致了小麦染色体配对不正常而造成结构变异。本研究发现了济麦23（济麦22和豫麦34杂交后代）不同单株的细胞学不稳定性，即在没有外源染色体导人的情况下，小麦染色体自身结构发生断裂，并形成染色体平衡易位。染色体平衡易位在人类染色体医学中研究较多，但是在小麦中尚未被系统研究过，其易位机制也尚不清楚，值得今后进一步研究。

赵檀等研究河北省169份小麦品种的遗传多样性发现，B染色体组具有最高的遗传多样性，4A、2D也有较高的多样性水平。本研究发现小麦4A、6B、7B和2D染色体FISH变异位点较多，存在较高的多样性，与上述研究结论具有一致性。蒲艳艳等利用SSR标记对山东省小麦品种遗传多样性进行了研究，认为山东省小麦品种遗传多样性较低。王江春综合利用分子、生物化学和农艺性状调查等多种手段对建国以来山东省育成的小麦品种进行研究，发现山东省小麦品种的遗传多样性有逐渐下降的趋势。本研究利用FISH对济麦系列小麦进行了分析，结果发现，FISH变异位点主要集中在少数几条染色体上且具有类似性，说明济麦系列小麦的遗传基础相对狭窄。通过对济麦系列小麦的系谱进行追踪，我们发现济南17、济麦19、济麦20、济麦22和济麦23均含有鲁麦13或鲁麦14血缘，因此，济麦系列小麦的类似FISH变异位点可能来源于鲁麦13或鲁麦14，需要进一步证实，相同血缘造成的遗传基础狭窄与本研究的FISH结果相互印证。因为济麦系列小麦推广面积大，且在常规育种中经常被用作育种亲本，因此，在今后的育种工作中应注意重点选择与其亲缘关系相对较远的亲本进行组配。