Resumen
El trigo es el cultivo alimentario más grande e importante del mundo. El uso de la biotecnología para introducir genes exógenos excelentes en cultivos y ampliar la base genética del mejoramiento genético del trigo es un campo de investigación muy importante en el mejoramiento genético de cultivos modernos.
Trigo cultivado (trigo blando, 2n = 4x-42, AABBDD) y pasto de trigo. , genoma P) (Aquí el pasto de trigo es un concepto taxonómico de las plantas de trigo modernas, en lugar del concepto de pasto de trigo amplio en el sentido tradicional. Es decir, está relacionado con algunos genetistas del trigo que consideran el pasto de trigo y el pasto de trigo como intermedios. El tradicional El concepto de pasto de trigo es completamente diferente. La hibridación entre plantas se remonta a la década de 1930 (White, 1940; Smith, 1942; Dewey, 1984), pero no fue hasta la década de 1990 que los estudiosos informaron sucesivamente que la hibridación entre trigo y pasto helado fue exitosa. (Li Lihui et al., 1990, 1995; Li & Dong, 1991; Chen et al., 1990; Limin & Fowler, 1990; Ahmed & Comeau, 1992; Jauhar, 1992). Aunque algunos científicos extranjeros enumerados aquí también tienen híbridos. entre trigo y Wheatgrass, pero debido a la ceguera en la selección de especies exóticas, no está claro qué genes de Wheatgrass deberían transferirse al trigo (Chen et al., 1990; Jauhar, 1992), o al híbrido F1. Por razones como como la alta esterilidad (Ahmad & Comear, 1992), o la dificultad para expresar el gen diana a transferir en el entorno del trigo (limin & Fowler, 1990), el trabajo de investigación en esta área ha sido básicamente abandonado (mensaje privado, 1997)
En este trabajo de investigación utilizamos la variedad de trigo blando Fuhao (primavera, con 3 pares de genes hibridables, excelentes características agronómicas, originaria de Japón) como progenitor femenino y tres especies de pasto de trigo (agropyron cristum<). /p>
1. La selección científica de padres híbridos distantes ha sentado una base sólida para el éxito de la hibridación y la transferencia de genes extraños excelentes. En el proceso de selección de variedades donantes extranjeras, este estudio realizó por primera vez el Instituto de Cultivos. El Instituto de Recursos Variedades y Protección Vegetal de la Academia de Ciencias, la División de Industria Vegetal de Australia, la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth de Australia, la División de Citogenética de Canadá, la Estación de Investigación de Ottawa, el Departamento de Agricultura de Canadá y otras unidades identificaron conjuntamente miles de parientes silvestres del trigo, rasgos agronómicos, resistencia al estrés y a enfermedades de la especie, y luego se seleccionaron tres especies de pasto de trigo basándose en resultados de identificación integrales: las mejores variedades de donantes extranjeros utilizadas en este estudio porque estas tres especies de pasto de trigo no solo tienen muchas otras especies exóticas. Especie Excelentes genes (rasgos) que no tienen comparación entre especies, incluida una estructura razonable de la planta (altura de la planta inferior a 60 cm, longitud del tallo bajo la panícula que representa aproximadamente 2/3 de la altura de la planta, macollos efectivos > 50. Las hojas son estrechas y cortas). , vertical), panícula Granos grandes (más de 65.438.050 granos por mazorca), granos negros, alto contenido en proteínas, fuerte resistencia a la sequía y al frío, tolerancia media a la sal, inmune a tres tipos de roya, oídio, enano amarillo, alta resistencia a la sarna , etc. Más importante aún, los excelentes genes mencionados anteriormente se necesitan con urgencia para el mejoramiento actual del trigo.
2 Utilizando métodos modernos de hibridación a distancia y tecnología de rescate de embriones inmaduros, se obtuvo trigo blando y autofertilización parcial. por primera vez en el mundo se encontró que los híbridos de pasto de trigo de diferentes fuentes tenían diferentes tasas de formación de semillas y fenotipos híbridos F1. Este resultado rompe con la investigación previa sobre el genoma P del pasto de trigo (Dewey, 1984). La familia tiene un estatus genético independiente y no se puede hibridar con trigo. Por otro lado, el híbrido F1 tiene una autofertilidad parcial, lo que sienta una base material sólida para la transferencia exitosa de genes extraños.
3. Utilizar las mazorcas jóvenes del híbrido F1 como explantes para inducir mutación clonal somática a partir del tejido del callo. Se descubrió por primera vez que la fecundidad del híbrido F1 aumentó desde cero (0 a 0,032), o aumentó significativamente (10 veces). Este descubrimiento es muy importante porque muestra una brillante perspectiva de que es posible lograr la transferencia de genes extraños en el híbrido F1 a través de esta tecnología.
4. A través de un análisis cuidadoso, se aclararon por primera vez algunos mecanismos genéticos: Primero, la autofertilidad del híbrido F1 se debe a que los dos cromosomas P contienen genes que controlan la segregación cromosómica durante la meiosis, formándose así. un gameto funcional casi equivalente 2n o no meiótico; en segundo lugar, el cromosoma 1 P tiene un factor genético que suprime el gen Ph del trigo, que puede inducir el apareamiento cromosómico del genoma P del trigo y el del trigo A, B y D. genomas; en tercer lugar, se confirma que el gen Ph del trigo El intercambio genético con Agropyron se puede lograr mediante la translocación espontánea entre cromosomas. Estos hallazgos, por un lado, rompen por completo la conclusión de las organizaciones internacionales autorizadas de que "el intercambio de genes entre el trigo y el pasto de trigo es imposible" y, por otro lado, proporcionan una importante orientación teórica para una transferencia más útil y eficiente de genes excelentes del pasto de trigo; .
5. Utilizando tecnologías integrales como retrocruzamiento, selección y morfología, citología, alozima y detección de hibridación in situ del genoma, se crearon por primera vez 11 líneas dobles accesorias alogénicas de trigo y pasto de trigo genéticamente estables y se propuso una método factible para producir eficazmente sistemas (líneas) heterólogos de doble adición. La generación de líneas accesorias heterodúplex es una herramienta importante para estudiar los efectos genéticos y la utilización efectiva de genes en cada cromosoma P en el contexto del trigo.
6. Por primera vez se creó un lote de nuevo germoplasma con excelentes genes de pasto de trigo, que son genéticamente estables (2n = 42, 265, 438 0II, línea de translocación ectópica o línea de sustitución) y pueden ser utilizado para la cría y la producción. Sus características generales son: muchos macollos efectivos (15-82 mazorcas/planta); altura de la planta 70-95 cm, con tallos debajo de las mazorcas que representan aproximadamente la mitad de la altura de la planta, hojas bandera grandes y erectas (55-112); granos/planta) mazorca); la apariencia del grano es blanca o negra y el contenido de proteína es alto (17,1 ~ 20,7). Peso de mil granos >38 g, resistencia integral a enfermedades (mildiú polvoriento, roya lineal, enana amarilla, sarna), resistencia al frío y resistencia a la sequía, especialmente algunos germoplasmas nuevos con un potencial de rendimiento súper alto (el rendimiento teórico es superior a 600 kg/mu) . Actualmente, estos nuevos germoplasmas han sido utilizados por 15 unidades de mejoramiento en 9 provincias de las principales zonas productoras de trigo de mi país, entre los cuales 5 nuevos germoplasmas de Shaanxi y Shanxi están participando en ensayos de comparación de rendimiento.
7. Las semillas negras obtenidas de las semillas negras genéticamente estables (2n = 42, 265, 438 0II, línea de heterotranslocación) y el nuevo germoplasma resistente al oídio (ambas de pasto de trigo) Análisis genético preliminar de las El gen de la semilla y el gen de resistencia al mildiú polvoriento demostraron que ambos se heredaban como genes únicos dominantes.
Palabras clave: trigo blando (l., 2n = 6x = 42, pasto de trigo AABBDD);
Introducción de excelentes genes de pasto de trigo. Transformación del trigo blando mediante biotecnología
Candidato a doctorado: Li Lihui
Supervisor: Profesor Yu
(Instituto de Recursos de Germoplasma de Cultivos, Academia China de Agricultura Sciences, Beijing, 100081)
Resumen
Como la mayoría de los otros cultivos, la variación genética en el trigo cultivado se ha visto muy erosionada bajo los sistemas agrícolas modernos. La erosión genética no sólo limita mayores mejoras en el rendimiento y la calidad del trigo, sino que también hace que el trigo sea cada vez más vulnerable a las tensiones biológicas y ambientales. Existe una variación genética sustancial entre los parientes silvestres del trigo cultivado. La introducción de variación genética de especies exóticas es un método valioso para aumentar la diversidad genética disponible para los mejoradores de trigo.
Este experimento utilizó medios de cultivo artificiales para rescatar embriones jóvenes y sintetizó la variedad de trigo blando Fukuho (2n=6x=42, AABBDD) y tres híbridos de pasto de trigo tetraploide (2n=4x=28, PPPP). Estos híbridos se pueden utilizar para: (1) transferir rasgos deseables del pasto de trigo al trigo blando; (2) determinar el impacto del genoma P en la autofertilización de híbridos intergenéricos y (3) generar líneas accesorias disómicas de trigo-winkle; A través de la investigación sobre híbridos intergenéricos y sus derivados, se obtuvieron los siguientes resultados:
1. El pasto de trigo puede ser uno de los donantes extranjeros más potenciales en el mejoramiento del trigo. Hierba helada. es un pequeño género de no más de 10 especies, que junto con el genoma P forman el llamado "complejo de pasto de trigo crestado" según la terminología de muchos botánicos modernos. Cockscomb es la especie tipo de este género.
Todas las especies de este género son muy apreciadas; se cultivan principalmente como plantas forrajeras para pastos y se distinguen por su alto grado de tolerancia a la sequía y al frío; algunas especies se han utilizado con éxito para anclar arenas movedizas; Además, mediante la evaluación de todos los recursos nuevos de germoplasma de trigo en el norte de China, se encontró que el trigo coronal tiene otras características que son potencialmente valiosas para el mejoramiento del trigo, entre ellas tallos más cortos (generalmente menos de 60 cm), más macollos y floretes. inmunidad a enfermedades del trigo como la roya, el mildiú polvoriento y el virus del enanismo amarillo de la cebada (BYDV) y resistencia a la sarna del trigo.
2. Entre las tres combinaciones híbridas, la tasa de formación de semillas (0,22 ~ 0,63) y el grado de desarrollo de la planta son diferentes. Cada una de las plantas obtenidas de Fukuho que tenían los números de acceso de Corythorax Z540 y Z602, respectivamente, presentaba retraso en el crecimiento. El primero muere antes de partir. Aunque este último produjo dos mazorcas, de estas dos mazorcas no se obtuvieron semillas autopolinizadas ni retrocruzadas. Dos plantas obtenidas de fuku ho×a cristagum Z559 mostraron macollamiento vigoroso. Este resultado indica que las tres accesiones de Agropyron utilizadas en este experimento tienen diferentes capacidades de apareamiento con Fuga. Al observar las puntas de las raíces de todas las plántulas híbridas, se encontró que el número de cromosomas somáticos en cada plántula híbrida era 2n=35 como se esperaba.
3. Se obtuvo por primera vez el híbrido intergenérico autofertilizante entre la variedad de trigo blando Fukuho (2n=6x=42, AABBDD) y pasto de trigo tetraploide (2n=4x=28, PPPP). Contrariamente a los informes de que los derivados BC1 no se obtienen a partir de híbridos de trigo-pasto de trigo o que los derivados BC6543 8 0 son difíciles de obtener, en los híbridos Fukuho×Wheatgrass Z559, no sólo tienen una alta tasa de formación de semillas (15.1) en retrocruzamientos con trigo ordinario, sino que parcialmente autofértil. La configuración promedio de los híbridos en la metafase meiótica ⅰ es 24,47 I 4,32 bastón ⅱ 0,71 anillo ⅱ 0,14 Ⅲ 0,01 Ⅳ Según los diferentes tamaños de cromosomas, algunos bivalentes en cada célula son obviamente heteromórficos, lo que indica que estos bivalentes son un emparejamiento heterogéneo. En la anafase I, la segregación cromosómica se debe principalmente a la reunión de la mayoría de los 35 cromosomas (cromosomas 16 a 30) en un polo, de modo que las células hijas más grandes que reciben la mayoría de los 35 cromosomas puedan desarrollar gametos funcionales.
4. Para inducir variación clonal somática, se cultivaron espiguillas híbridas de las variedades de trigo blando Fukuho y Agropyron Z559. Aunque los regenerantes no mostraron variación en el número de cromosomas, sí mostraron un mayor grado de inestabilidad meiótica que los híbridos originales. Especialmente en plantas regeneradas, la tasa de formación de semillas autofecundadas mejoró enormemente, de 0,034 a 0,33. Como resultado se obtuvo un total de 61 semillas autofecundadas. Entre los híbridos intergéneros de trigo, es raro que Fukuho×Wheatgrass Z559 obtenga tantas semillas autofecundadas, lo que sienta una base sólida para transferir los genes deseados de Wheatgrass al trigo blando.
5. La progenie del autocruzamiento y del retrocruzamiento se analizó mediante morfología, citología, hibridación in situ de isoenzimas y genoma. Los resultados mostraron que todas las plantas con rasgos exóticos portaban material genético del genoma P. Al mismo tiempo, se obtuvieron un total de 11 sistemas adicionales disómicos.
6. Después de resumir y analizar todos los datos citológicos obtenidos en este experimento, se pueden sacar algunas conclusiones. Son: (1) Aspergillus coronatus Z559 utilizado en este experimento lleva un sistema genético que inhibe la actividad de Ph, que puede involucrar principalmente un genoma P (2) el grupo de cromosomas P contiene genes que controlan la segregación cromosómica en las últimas etapas de la meiosis; Estos genes pueden involucrar principalmente a los dos cromosomas P y (3) pueden ocurrir translocaciones espontáneas de trigo-Agropyron en derivados autofecundados y retrocruzados.
7. En este experimento, otro resultado muy importante es que se obtuvieron algunos nuevos germoplasmas que contienen los genes extraños deseados. Presentan macollos más efectivos (65,438 05-82 mazorcas por planta), la altura de la planta varía de 70 a 95 cm, 55 a 112 granos por mazorca, mayor contenido de proteínas (17,1 a 20,7) y son resistentes al mildiú polvoriento, a la roya lineal. es resistente a enfermedades del trigo como BYDV y sarna del trigo, y es tolerante a la sequía y al frío.
Hasta ahora, todo el germoplasma nuevo obtenido en este ensayo ha sido utilizado por 15 instituciones de mejoramiento de trigo en China.
8. Se analizó germoplasma nuevo con color de grano negro y resistencia al oídio. El análisis genético mostró que estos dos rasgos se derivaban de Agropyron Z559 y cada uno estaba controlado por un gen dominante.
Palabras clave: trigo blando, pasto de trigo, híbridos intergenéricos, autofecundación, líneas heterólogas de unión y translocación, análisis genético.