【摘 要】
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双单倍体在育种、基因定位、遗传转化等研究中具有重要作用。小麦小孢子离体培养是获得单倍体的主要途径之一,但由于基因型的依赖性及大量白苗的再生,限制了小孢子离体培养技术的广泛应用。本研究选用百农矮抗58和石4185两个小麦基因型,探究了低温预处理时间、诱导培养时间、碳源等因素对小麦小孢子离体培养效率的影响,以优化小孢子离体培养体系;利用小偃22、鲁原502、河农6425等25个小麦材料比较了基因型对小
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双单倍体在育种、基因定位、遗传转化等研究中具有重要作用。小麦小孢子离体培养是获得单倍体的主要途径之一,但由于基因型的依赖性及大量白苗的再生,限制了小孢子离体培养技术的广泛应用。本研究选用百农矮抗58和石4185两个小麦基因型,探究了低温预处理时间、诱导培养时间、碳源等因素对小麦小孢子离体培养效率的影响,以优化小孢子离体培养体系;利用小偃22、鲁原502、河农6425等25个小麦材料比较了基因型对小孢子离体培养特性的影响,筛选出高培养力基因型,以提高小麦单倍体育种效率;对高白苗率和高绿苗率基因型进行细胞学观察,研究白苗再生的细胞学基础;利用全基因组重测序和转录组测序技术分析小孢子离体培养白苗再生分子基础。主要研究结果如下:1、在4℃低温下对分化率较高基因型百农矮抗58和石4185的小麦幼穗进行不同时间（0 d、1 d、3 d、6 d、9 d）预处理,小孢子离体培养在不同低温预处理时间下的再生能力存在显著差异,低温预处理9 d两个基因型的再生能力均最低,低温预处理1 d两个基因型的绿苗产率和白苗产率均最高。不同诱导培养时间（32d、35 d、40 d、45 d）结果表明小孢子离体培养在不同诱导培养时间下的再生能力差异显著,诱导培养35 d提高了绿苗产率的同时也增加了白苗的分化。不同碳源处理（国药公司蔗糖、Sigma公司麦芽糖、Phytotech公司麦芽糖）结果表明小孢子离体培养在不同碳源下的再生能力有显著差异,以国药公司蔗糖为碳源进行离体培养的小孢子没有产生胚状体,以Sigma公司麦芽糖和Phytotech公司麦芽糖为碳源时,小孢子均可以脱分化形成胚状体并进一步再生植株,绿苗产率在2种麦芽糖间无显著差异,但白苗产率在2种麦芽糖间差异显著,Sigma麦芽糖条件下白苗产率显著高于Phytotech麦芽糖,初步结果表明Phytotech麦芽糖能减少白苗的再生。2、连续2年对北部及黄淮冬麦区推广的25个小麦品种（系）的小孢子离体培养再生能力进行了鉴定,25个品种（系）小孢子离体培养的绿苗及白苗产率差异显著,筛选出高绿苗再生力基因型百农矮抗58（15.97%）、洛麦28（22.28%）、烟农5286（30.31%）、石4185（32.52%）和河农6425（33.97%）;高白苗再生力基因型郑麦136（33.99%）、小偃22（39.69%）、洛麦28（42.17%）、百农矮抗58（46.66%）和石4185（65.11%）;高植株再生力基因型烟农5286（32.13%）、河农6425（41.47%）、小偃22（46.69%）、郑麦136（49.62%）、百农矮抗58（62.63%）、洛麦28（64.45%）和石4185（97.62%）。高培养力基因型可以为单倍体育种、基因定位及遗传转化研究提供基础材料。3、选取高绿苗再生率基因型河农6425、烟农5286和高白苗再生率基因型百农矮抗58、石4185,研究两类基因型间小孢子不同发育时期的细胞学水平差异。透射电子显微镜观察结果表明,在单核中期和单核晚期,两类基因型间没有差异;在二核期和成熟花粉粒时期,小孢子中含有大量的淀粉粒,其中成熟花粉粒时期,高绿苗再生率基因型小孢子中的淀粉粒数量显著高于高白苗再生率基因型。4、通过全基因组重测序的结果分析发现,百农矮抗58基因型再生出的绿苗和白苗间有12786个纯合差异SNP位点和42679个纯合差异In Del位点,主要集中在基因间区。在3B染色体776-869 Mb和6B染色体679-776 Mb区间内有高密度的SNP分布。在1A染色体0-55 Mb、3B染色体550-605 Mb、4A染色体660-715Mb和6B染色体715-770 Mb区间内有高密度的In Del分布。通过转录组测序的结果分析发现,绿苗和白苗间筛选到15883个差异表达基因,其中8350个上调差异表达基因,7533个下调差异表达基因。KEGG富集分析表明差异表达基因富集在光合作用—天线蛋白、光合作用生物的碳固定作用和亚油酸的新陈代谢等通路。q RT-PCR的结果与转录组测序结果一致。全基因重测序和转录组测序结果分析发现淀粉和蔗糖代谢通路上的基因Traes CS3B03G1430700在白苗中的表达量降低。
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