遗传学Ａｃｔａ Ｇ云犯ｅ报ｔｉｃａ２５０）：５４－５８，１９９８Ｓｉｎ ｉｃａ
黑麦１Ｒ染色体在小麦背景中
的减数分裂行为
张文俊张晓勤景建康胡含
（中国科学院遗传研究所植物细胞与染色体工程国家重点实验室北京１０（）１（）１）
摘要减数分裂既是高等生物染色体变异的敏感期，又是变异得以顺利传递给子代的关键
期。以黑麦６Ｒ染色体为例，观察其在小麦背景中的减数分裂行为，先是发现ＯＲ抑制小麦同源染色体正常配对，造成单价体数量的增加；同时注意到６Ｒ与其部分同源的小麦染色体６Ｄ
几乎不能发生配对。其次是观察到单价体在减数分裂期容易产生断裂的现象，特别是首次发现单价体碎裂，对进一步深人研究异源染色体臂间易位和小片段易位的形成具有借鉴价
值。关键词小麦一黑麦，单价体，减数分裂，断裂
分类号Ｑ９４３
促进小麦与黑麦染色体易位的方法已有详细综述川。其中利用电离辐射和配子致死染色体等产生的易位缺乏补偿性，这样的材料往往利用价值较低［ｆ２， ３１０目前应用较多的是
Ｓｅａｒｓ ［３）的方法，即通过Ｐｈ抑制基因的缺失或突变，促进外源染色体或端体与小麦部分同
源染色体配对，依靠染色体重组获得小片段易位。这一方法在促进小麦与山羊草属、小麦
与堰麦草属染色体重组方面，取得了满意的结果，然而，迄今还未见直接实现黑麦与小麦
染色体重组的报道，Ｉｓｌａｍ和Ｓｈｅｐｈｅｒｄ１４１发现大麦与小麦染色体之间也存在着类似的问题。Ｋｏｅｂｎｅ：和Ｓｈｅｐｈｅｒｄ＂＇采用了一种变通的方法，即利用已有小麦一黑麦臂间易位系，通过ｐｈ
基因促进小麦与黑麦相应染色体臂配对，并获得了各种预期的重组体。由此可见，通过促
进部分同源配对诱导易位的方法，对不同的物种效果并不完全一样。现有小麦和黑麦染色体易位系中，很大比例是自发易位产生的川，这其中有少数被鉴
定认为来自染色体错分裂，而更多的则没有定论。通过文献分析发现，多数小麦一黑麦易
位系产生前，都经历过黑麦单价体通过有性世代的传递，而且，绝大部分的自发易位均被
证明是黑麦整条臂的易位。也就是说，许多自发易位，都不能排除通过染色体错分裂而易位的可能，并且，其易位方式也是染色体错分裂再融合所特有的臂间易位。也许，染色体
错分裂再融合是一种较普遍的染色体易位方式。
本实验通过分析６Ｒ和６Ｄ染色体在减数分裂过程中的行为，以了解小麦与黑麦之间
发生染色体易位的可能方式。
本文于１９９７－０２－１８收到，１９９７－０４－１４修回国家“８６３”生物技术项目资助
Ｉ期张文俊等：黑麦６Ｒ染色体在小麦背景中的减数分裂行为
１材料和方法１．１材料Ｍ２４，经花药培养获得的普通小麦６Ｒ／６Ｄ代换系叭京花３号，经花药培养
获得的普通小麦品种（由北京市农业科学院胡道芬研究员提供）；８６Ｆ１，经花药培养获得
的普通小麦品系；Ｍ２４ ｘ京花３号正反交杂种Ｆｌ代；Ｍ２４ ｘ ８６Ｆ！正反交杂种Ｅ代；
Ｚ６６，经花药培养获得的普通小麦６Ｒ附加系。１．２细胞学方法用于观察根尖细胞有丝分裂、染色体Ｃ－分带，花粉母细胞减数分裂
中期、后期染色体行为的取材和制片方法见Ｂｅｎｎｅｔｔ和Ｓｍｉｔｈ［＇］ ｏ
２结果与分析２．１ ６Ｒ染色体与６Ｄ染色体的配对在Ｍ２４与普通小麦的杂种Ｆ，代中，６Ｒ染色体和
６Ｄ染色体均成单存在，本实验共观察了处于减数分裂中期Ｉ的细胞２９４个，结果只在其中
的１个细胞中观察到６Ｒ与６Ｄ染色体配对，其频率只有０．３４％．２．２ ６Ｒ染色体对小麦染色体同源配对的干扰在所观察的材料中，凡是有６Ｒ的材料，
在减数分裂中期Ｉ，染色体配对频率均比预期值有明显下降（表１）． Ｍ２４系由花药培养所
获得的加倍单倍体６Ｒ／ ６Ｄ代换系［［６１，然而其二价体却平均只有２０．５４，低于预期值２１，同时
却观察到平均０．８５个单价体。Ｚ６６是通过花药培养所获得的加倍单倍体６Ｒ附加系，减数
分裂时平均有二价体２１．６２个，单价体０．７７个，染色体不配对的频率与Ｍ２４接近。而同样是花药培养的加倍单倍体普通小麦品种京花３号，二价体的平均值高达２０．９４，单价体也只
有。．１３个。杂种中，６Ｒ与６Ｄ几乎不配对，所以，预期二价体和单价体分别为２０和２，而实
际分别为１９．３６－ １９．３８和２．９０－３．２６，在个别细胞中，甚至观察到１０个单价体（表１）。杂种
中相对较低的三价体和四价体发生频率则说明亲本间不存在小麦染色体的相互易位。
表１减数分裂染色体构型
Ｔａｂｌｅ １ Ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ａｔ ｍｅｉｏｓｉｓ一＃犷一一Ａｔｉ＊ｍｌ｝厂一一，燕
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ Ｎｏ． ｏｆ ｃｅｌｌｓ…＿＿．＿一ｒｏｍｏｓｏｍｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ一一一一一』．１．．…＿＿１＿＿．…＿．１．＿＿＿ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ…＿一ｏｂｓｅｒｖｅｄ一一一一Ｉ一一一１１一一一ＩＩＩ京花３号４２ ７８ ０．１３ ２０．９４Ｊｉｎｇｈｕａ ３ （０一２） （２０－－２１）Ｍ２４ ４０＋６Ｒ＂川０．８５ ２０．５４ ０．０２（０－６） （１８一２１） （０－１）８６Ｆ１ ｘＭ２４ ４０＋６Ｄ＇ ＋６Ｒ ７３ ２．９０ １９．３６ ０．０３ ０．０７（０－１０） （１６２１） （０－１） （０－１）Ｍ２４ｘ８６Ｆ１ ４０＋６Ｄ＇ ＋６Ｒ ７４ ３．０８ １９．３８ ０．０４（２－６） （１７一２０） （０－１）京花３号ｘＭ２４ ４０＋６Ｄ｀ ＋６Ｒ ７４ ３．２４ １９．３８Ｊｉｎｇｈｕａ３ｘＭ２４ （２．８） （１７－２０）Ｍ２４ ｘ京花３号４０＋６Ｄ＇ ＋６Ｒ ７３ ３．２６ １９．３７Ｍ２４ｘＪｉｎｇｈｕａ３ （２－８） （１７－２０）Ｚ６６ ４２＋６Ｒ＂ ７８ ０．７７ ２１．６２一一一一一一一一一一一一一一一一业二２．３单价体在减数分裂后期的行为在减数分裂时，杂种６Ｄ和６Ｒ染色体通常不配
对，还有其他受６Ｒ干扰的小麦染色体有时也不能正常配对，因而以单价体的形式出现。在减数分裂后期１，７５．０％一８４．８％的单价体发生提早分裂（表２、图版１－１），即姊妹染色单
遗传学报２５卷
体提前在后期Ｉ分离，而不是到后期１１才正常分离。８．３％一１４．０％的单价体不分裂，随机
走向一极，这些单价体可实现在后期１１正常分离。值得注意的是，观察到６．９％一１２．１％的单价体在减数分裂后期Ｉ发生染色体断裂（表２、图版１－２）。在减数分裂后期１１，提早分裂
的姊妹染色单体偶尔也观察到断裂（图版１－３），但通常滞留在两极中间，不能进人核内，结
果导致在四分抱子中观察到很高比例的微核（表２），说明大量的单价体在形成小泡子时丢
失在细胞核外。而对照６Ｒ／ ６Ｄ代换系和６Ｒ附加系，由于６Ｒ成对存在，小抱子中的微核比例明显较低（表２）．
表２单价体后期Ｉ走向及四分抱子微核比例Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｂｅｈａｖｅｒ ｏｆ ｕｒｖｖａｌｅｎｔｓ ｉｎ ｍｅｉｏｓｉｓ
材料Ｍａｔｅｒｉａｌｓ单价体后期Ｉ走向（％）Ｕｎｉｖａｌｅｎｔｓ ｉｎ ａｎａｐｈａｓｅ Ｉ不分裂Ｎｏｒｍａｌ提早分裂Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ断裂Ｂｒｅａｋ微核率（％）Ｒａｔｉｏ ｏｆｍｉｃｒｏｎｕｃｌｅｉ７．９３８．４４７．３４８．１
５５．７
８．０１１．０６．９１０．８
１２．１７５．０８４．８８０．３
７５．０Ｍ２４８６ Ｆｌ ｘ Ｍ２４Ｍ２４ｘ ８６Ｆ１京花３号ｘ Ｍ２４Ｊｉｎｇｈｕａ３ ｘ Ｍ２４Ｍ２４ ｘ京花３号Ｍ２４ ｘ Ｊｉｎｇｈｕａ３Ｚ６６染色体组成Ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ４０＋６Ｒ＂４０＋６Ｄ＇ ＋６Ｒ＇４０＋６Ｄ＇ ＋６Ｒ＇４０＋６Ｄ＇ ＋６Ｒ＇１４．０８．３８．９
１２．９４０＋６Ｄ＇ ＋６Ｒ＇
４２＋６Ｒ＂
２．４单价体在减数分裂时的碎裂在进行杂种减数分裂相观察时，还曾意外地观察到
在两个中期Ｉ细胞中，单价体已断裂成多个小片段（图版１－４），若以６Ｄ， ６ Ｒ仅单体杂种做
过染色体构型分析的所有细胞数２９４为基数，发生单价体碎裂的频率占０．６８％。但没有观
察到减数分裂后期碎裂染色体的行为。
３讨论许多研究者经减数分裂Ｃ－－分带证明，在Ｐｈ抑制基因存在时，黑麦和小麦部分同源染色体配对频率很低［１８－１０１，本实验由于所用材料只有一对或一条黑麦染色体，，从形态上即可
较为清楚地将６Ｒ辨认出来，观察结果发现６Ｒ与小麦染色体的配对频率只有０．３４％，说明６Ｒ与黑麦其他染色体的表现类似。Ｎａｒａｎｊ。和Ｆｅｒｎａｎｄｅｚ－Ｒｕｅｄａ［１１］还发现，即使在ｐｈｌｂ突
变基因取代Ｐｈ基因后，６Ｒ与小麦染色体之间的配对频率也只有１．６％。还仃许多研究者，如Ｌｅｌｌｅｙ（９１在此之前也已注意到Ｐｈ基因缺失后，会促进小麦与黑麦染色体间的配对，但
是，并没有获得两者之间发生交换的遗传学证据。众所周知，交换与染色体联会的紧密程度有关。已知黑麦６Ｒ短臂只与小麦６ＷＳ近着
丝点的一段部分同源，长臂则各有一段分别与小麦６ＷＬ， ３ＷＬ和７ＷＬ部分同源［［１２３。像这
样节段部分同源染色体，尽管在Ｐｈ基因缺失时能增加联会的机会，但其联会的紧密程度是可想而知的，故而产生交换的可能性将非常之小。Ｒｉｌｅｙ和Ｋｉｍｂｅｒ［１３］发现小麦与黑麦染
色体，Ｋｏｅｂｎｅｒ和Ｓｈｅｐｈｅｒｄ［＂ ｝也观察到小麦ＩＤＳ与黑麦ｌ ＲＳ之间配对频率高，但相应的交
换率却很低的现象。早在１９５２年，Ｓｅａｒｓ（＂｝就以小麦中国春单体为材料，研究了单价体经减数分裂染色体Ｓｂ
１期张文俊等：黑麦６Ｒ染色体在小麦背景中的减数分裂行为
错分裂的现象，观察到５Ａ单体在减数分裂后期Ｉ和后期ＩＩ发生错分裂的频率分别高达
５７．０％和２９．３％。本实验也观察到杂种未配对染色体会在减数分裂中明Ｉ和中期ＩＩ发生断
裂，但在多数情况下，对断裂是否位于着丝点区域，难于做出精确的判断。这一现象说明
了通过染色体断裂与再融合产生６Ｒ与小麦染色体易位的可行性，但是，由于包括断裂染
色体在内的单价体在形成四分抱子时，容易大量丢失，加之对断裂染色体再融合的机会无
法判断，因而不能对易位的可能性做定量预测。
黑麦染色体干扰小麦染色体同源配对，结果使减数分裂时单价休的数量比预期增多。
表面上看，小麦单价体愈多，依靠断裂产生小麦／黑麦染色体易位的机会亦愈多。但在本
实验中，杂种除６Ｒ和６Ｄ以单价体的形式存在外，受６Ｒ影响而未能配对的小麦染色体却
是不能确定的，因此而增多的易位往往属于非补偿型易位，并非所期望获得的类型。由此
可见，６Ｒ干扰小麦染色体配对，结果增加了染色体变异的范围和机会，但同时也降低了所
获易位系的目的性。根据Ｗｅｍｅ：等１１５１的研究，小麦染色体断裂后，断点处会自动愈合，愈合后的断点与染
色体端粒在结构上没有差异，因而便不会再与其他染色体的断点连接，而且愈合过程很快
（Ｇｉｌｌ，个人通讯，１９９３）， Ｄａｖｉｅｓ等［［１６］也曾注意到新的断裂点产生与否，对获得易位系是至
关重要的。由于单价体的断裂集中发生在减数分裂的后期Ｉ和后期１１，从而促成了特定染色体儿乎同时发生断裂，这就为易位的产生提供了必要的条件。
单价体在减数分裂中期Ｉ的碎裂属于意外的发现，也没有看到类似的报道。任正隆［［１７１
曾在小麦和黑麦杂种回交后代中，观察到保持了黑麦的抗病性，却通过Ｃ－分带没有发现
黑麦的特征带型，并进而提出利用异源单附加系获得小片段易位的设想。张文俊和Ｓｎａｐｅ［１８１也曾从花药培养后代中获得过小片段附加，但对碎裂后的染色体片段能否有效地
插人到小麦染色体上，尚有待获得更直接的遗传学证据。
参考文献
Ｉ张文俊，胡含．小麦一黑麦易位系的创制和利用，遗传，１９９５， １７（增刊）：１－５２ Ｇｕｓｔａｆｓｏｎ Ｊ Ｐ． Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａ １班ＩＤ） ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ｉｎ ｗｈｅａｔ． Ｉｎ： Ｐｒｏｃ． ７ｔｈ Ｉｎｔ． Ｗｈｅａｔ Ｇｅｎｅｔ． Ｓｙｍｐ．， １９８８，１９３－２０２３ Ｓｅａｒｓ Ｅ Ｒ Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｏ ｗｈｅａｔ ｉｎｔｅｒｓｔｉａｌ ｓｅｇｍｅｎｔｓ ｏｆ ａｌｉｅｎ ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅｓ． Ｉｎ： Ｐｒｏｃ． ６ｔｈ Ｉｎｔ． Ｗｈｅａｔ Ｇｅｎｅｔ．Ｓｙｒｎｐ．， １９８３， ５ｒ一１２４ Ｉｓｌａｍ Ａ Ｋ Ｍ Ｒ， Ｓｈｅｐｈｅｒｄ Ｋ Ｗ． Ｉｎｄｕｃｅｄ ｐａｉｒｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｗｈｅａｔ ａｎｄ ｂａｒｌｅｙ ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅｓ． Ｉｎ： Ｐｒｏｃ． ７ｔｈ Ｉｎｔ．Ｗｈｅａｔ Ｇｅｎｅｔ． Ｓｙｍｐ．， １９８８， ３０９一３１４５ Ｋｏｅｂｎｅｒ Ｒ Ｍ Ｄ， Ｓｈｅｐｈｅｒｄ Ｋ Ｗ． Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｙｅ ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ Ｉ ＲＬ ａｎｄ ｗｈｅａｔｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅｓ． Ｔｈｅｏｒ． Ａｐｐｌ． Ｇｅｎｅｔ．， １９８５， ７１：２０８一２１５６ Ｈｕ Ｈ， Ｔａｏ Ｙ Ｚ， Ｗａｎｇ Ｇ． Ｃｒｅａｔｉｎｇ ｎｅｗ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｖｉａ ａｎｔｈｅｒ ｃｕｌｔｕｒｅ， Ｉｎ： Ｐｒｉｘ；． ７ｔｈ Ｉｎｔ． Ｗｈｅａｔ Ｇｅｎｅｔ．Ｓｙｍｐ．， １９８８， １１０１～１１０４７ Ｂｅｎｎｅｔｔ Ｍ Ｄ， Ｓｍｉｔｈ Ｊ Ｂ． Ｃｏｎｆｉｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｙｅ ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ ｉｎ １ Ｂ／Ｉ Ｒ ｗｈｅａｔ ｒｙｅｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒａｎｓｌｏｃａｔｉｏｎ ｌｉｎｅｓ． Ｃａｎ． Ｊ． Ｇｅｎｅｔ． Ｃｙｔｏｌ．， １９７５， １７： １１一１２０８ Ｊｏｕｖｅ Ｎ， Ｄｉｅｚ Ｎ， Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ Ｍ． Ｃ－ｂａｎｄｉｎｇ ｉｎ ６ ｘ ｔｒｉｔｉｃａｌｅ ｘ Ｓｅｃａｌｅ ｃｅｒｅａｌｅ Ｌ．． ＂Ｍｅｏｒ． Ａｐｐｉ． Ｇｅｎｅｔ．， １９８０，５７：７５一７９９ Ｌｅｌｌｅｙ Ｔ Ｚ． Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｎｕｌｌｉ／ｔｅｔｒａｓｏｍｉｃ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐａｉｒｉｎｇ ｏｆ ｒｙｅ５７
