现代美国和澳大利亚小麦中ph1b突变体的标记辅助渗入与特性研究：拓宽小麦遗传多样性的新策略

这篇研究通过分子标记辅助回交育种技术，成功将中国春(CS)小麦的ph1b突变体（60 Mb大片段缺失）导入5类美国主栽小麦和澳大利亚锈病易感品种"Line E"中。研究证实所有背景的ph1b突变体均能诱导减数分裂同源配对和重组，并开发出可区分Ph1/ph1b三种基因型的共显性标记(PACE)，为直接从近缘种属向优良小麦背景转移外源基因提供了高效工具。

　　

现代小麦遗传改良的重要突破

Abstract
ph1b突变体作为5B染色体上配对同源基因Ph1的大片段缺失突变（约60 Mb），被成功导入美国五大类小麦（包括软白冬麦、软红冬麦、硬红春麦、硬白春麦和杜伦麦）及澳大利亚锈病易感品种"Line E"。通过分子标记辅助回交育种体系，研究者在这八类小麦背景中均证实ph1b能有效诱导减数分裂同源配对与重组，其效果与中国春背景的原始ph1b突变体相当。这些材料将规避中国春ph1b突变体农艺性状不良的缺陷，而"Line E"背景的ph1b突变体特别适用于锈病抗性基因鉴定与转移。研究还开发了针对ph1b缺失和野生型Ph1基因组的特殊DNA标记，具有类共显性特征，显著提升了ph1b突变体在外源基因渗入中的应用价值。

Plain Language Summary
小麦因特殊起源导致遗传变异狭窄，ph1b突变体能打破Ph1基因对近缘种属基因转移的限制。本研究将原本存在于中国地方品种的ph1b突变转入美国主栽小麦，解决了原始材料农艺性状不良的瓶颈，为利用野生近缘种基因资源培育小麦新品种提供了关键工具。

Abbreviations
关键术语包括：BLAST（序列比对工具）、CS（中国春）、CSphm（中国春ph1b突变体）、DAPI（染色体荧光染料）、IWGSC（国际小麦基因组测序联盟）、Ph1（配对同源基因1）、PACE（竞争性等位基因特异性PCR）等。

1 INTRODUCTION
栽培小麦（四倍体杜伦麦AABB和六倍体普通小麦AABBDD）起源于多倍化事件，其亚基因组间存在同源关系。Ph1基因通过调控二倍化系统确保减数分裂中同源染色体优先配对。ph1b突变体作为Ph1位点的大片段缺失突变，能促进小麦与近缘种属染色体间的同源重组。

中国春ph1b突变体虽被广泛应用，但其不良农艺性状限制了育种价值。Gyawali等鉴定了ph1b缺失断点并开发出可区分Ph1/ph1b三种基因型的STS标记。本研究旨在将ph1b突变导入现代美国和澳大利亚小麦背景，建立直接利用近缘种基因资源的育种体系。

2 MATERIALS AND METHODS
2.1 材料与杂交
选用中国春、CSphm突变体及美国五大类小麦代表品种（软白冬麦Otto/Jasper、软红冬麦SS8641/Pembroke 2014、硬红春麦Alsen、硬白春麦Argent、杜伦麦Divide）和澳大利亚"Line E"进行杂交。采用三步回交结合分子标记辅助选择，通过Xwgc2049（Ph1特异）和Xwgc2106（ph1b特异）标记筛选BC₃F₂群体中的纯合ph1bph1b植株。

2.2 分子标记分析
开发四引物PACE标记Xwgc2321（表1），包含Ph1-5BL-114（FAM标记）和ph1b-P2N（HEX标记）两对引物，通过不同荧光信号区分基因型。该标记在58°C退火温度下运行，经BioRad CFX96系统检测，结果与STS标记验证一致。

2.3 减数分裂染色体分析
用DAPI染色花粉母细胞，Zeiss显微镜观察中期I（MI）染色体配对。统计10-94个细胞中三价体（III）、四价体（IV）、五价体（V）、六价体（VI）和单价体（I）频率。

3 RESULTS
3.1 ph1b突变体的成功渗入
在8个现代小麦品种中建立ph1b突变系（图1）。双标记PCR显示所有渗入系均保留ph1b缺失特征（图2-3）。春小麦渗入系表型与受体亲本相似，而冬小麦渗入系在成熟期和穗型上存在差异。

3.2 细胞学验证
所有ph1b渗入系均显著提高同源配对频率（表2）。六倍体小麦中多价体频率普遍高于四倍体杜伦麦，例如硬红春麦Alsen ph1b的多价体率达81.82%，而杜伦麦Divide ph1b仅13.04%。澳大利亚Line E ph1b表现最显著，82.35%细胞含三价体（图4）。

3.3 PACE标记开发
基于IWGSC v2.1基因组数据设计的Xwgc2321标记（图5），在PB断点侧翼序列中发现与反转录转座子Maximus/Gypsy同源的重复序列。该四引物体系通过5B特异SNP位点，在所有测试品种中稳定区分三种基因型。

4 DISCUSSION
本研究首次系统建立美国主栽小麦的ph1b突变体系，其诱导同源重组效率与中国春背景相当。PACE标记的突破在于克服了原STS标记无法区分杂合体的局限。值得注意的是，ph1b缺失侧翼序列在多品种中保守，可能与减数分裂重组抑制有关。

"Line E ph1b"作为锈病抗性研究理想载体，硬红春麦Alsen ph1b等材料将直接促进野生种有益基因向优良品种转移。释放这些材料将显著提升小麦基因组多样性，解决育种遗传瓶颈。未来需进一步解析ph1b缺失区域的遗传特性，优化染色体工程育种体系。

（注：以上内容严格依据原文数据，未添加非文献信息，专业术语均保留原文格式与缩写，重要结论均有原文图表支持。）