与茹科夫斯基小麦自交结实率相当的人工合成双二倍体 Triticum timococcum的创制与鉴定

茹科夫斯基小麦(Triticum zhukovskyi, A^tA^tGGA^mA^m)由Triticum timopheevii(A^tA^tGG)与Triticum monococcum(A^mA^m)天然杂交经染色体自动加倍形成，具有与提莫菲维小麦相似的穗部形态与生长特征，自交结实率约为63.8%。前人利用T. timopheevii与T. monococcum杂交加倍获得了一系列人工合成双二倍体Triticum timococcum(A^tA^tGGA^mA^m, 2n = 6x = 42)，但自交结实率通常都只有30%，远低于自然界天然形成的茹科夫斯基小麦。

本研究利用提莫菲维小麦PI 119442分别与栽培一粒小麦PI 418582和PI 573524杂交，用秋水仙碱加倍后得到两份人工合成双二倍体Syn-A^tGA^m-20与Syn-A^tGA^m-21（图1）。Syn-A^tGA^m-20与前人合成的双二倍体相似，自交结实率低（20%左右），小花通常不育，穗型扭曲（图2a, b）。Syn-A^tGA^m-21的穗型与提莫菲维小麦相似（图1 d），穗子发育正常（图2 c, d），平均自交结实率与天然形成的茹科夫斯基小麦接近，连续两年平均自交结实率分别为65.88%和61.56%。利用寡核苷酸探针Oligo-pSc119.2-1、Oligo-pTa535-1、Oligo-pTa71-2和(AAC)₇分别对这两份人工合成双二倍体的染色体组成进行了FISH鉴定（图3，图4）。同时，对Syn-A^tGA^m-20与Syn-A^tGA^m-21进行了花粉母细胞染色体配对观察及SDS–PAGE分析（图3 f，图4 f，图5）。本研究获得的人工合成双二倍体Syn-A^tGA^m-21具有与茹科夫斯基小麦相似的穗型及平均自交结实率，为研究茹科夫斯基小麦的起源及进化提供了新材料。

图1人工合成双二倍体Syn-A^tGA^m-20、Syn-A^tGA^m-21及其亲本植株和穗型比较

图2Syn-A^tGA^m-20、Syn-A^tGA^m-21及茹科夫斯基小麦TRI 7270田间穗子形态

图3人工合成双二倍体Syn-A^tGA^m-20及其亲本细胞学鉴定

图4人工合成双二倍体Syn-A^tGA^m-21及其亲本细胞学鉴定

图5人工合成双二倍体Syn-A^tGA^m-20、Syn-A^tGA^m-21及其亲本SDS-PAGE鉴定

近日，研究结果2022年5月23日在线发表于Plant Breeding (https://doi.org/10.1111/pbr.13030)。四川农业大学在读博士研究生刘小娟为论文第一作者，张连全教授为论文通讯作者。本研究得到四川省重点研发和国家自然科学基金等项目的资助。