基于SNP标记的小麦品种遗传相似度及其检测准确度分析

遗传相似度检测的准确度估计是对SNP标记法在农作物品种检测体系中应用的必要补充和完善。本研究基于2021年小麦品种SNP标记法跨实验室协同验证实验数据,分析了该方法的检测准确度及在品种间的遗传相似度。分析结果表明:(1)10个实验室对55组小麦品种组合的标记位点相似度检测的总体准确度约为98%。(2)GGE双标图的品种遗传关系功能图显示,7组小麦品种的组内遗传相似度在95%以上,其余组合的遗传相似度较低。(3)依据GGE双标图的“正确度-精确度”功能图和“准确度排序”功能图,发现洛旱7号/洛旱11等品种组合的相似度检测准确度较高,晋麦47/临抗11的检测准确度一般,而济麦22/婴泊700的检测准确度较差。(4)10个实验室的检测准确度存在显著差异,其中2个实验室检测的正确度、精确度和准确度表现显著差于其余实验室。(5)各实验室检测正确度的容许误差分布于1.3%~1.9%之间,平均为1.5%;准确度的容许误差分布于1.5%~2.0%之间,平均为1.7%。其中,Lab2和Lab3的检测正确度和准确度的容许误差显著差于其余实验室。本研究构建了SNP标记法对品种相似性检测的准确度统计模型,分析了品种组合和实验室的检测准确度及其容许误差,采用GGE双标图方法对检测正确度、精确度和准确度进行可视化分析,验证了各实验室对品种位点相似性检测的准确度和可靠性,为SNP标记法在农作物品种遗传相似性检测中的准确度评价提供了理论支持和应用范例。

小麦Glu-B1位点1Bx14+1By18新亚基对材料的创制及其对加工质量的影响分析

以小偃54为轮回亲本,以引进品种Prinqual为1Bx17+1By18的供体,培育高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)近等基因系,以期客观评价1Bx14、1By15、1Bx17和1By18等亚基(对)对小麦加工品质的贡献。近等基因系回交至BC4代时发现一个1Bx17亚基不表达的重组体,该重组体经自交分离纯合后获得了携带新亚基对1Bx14+1By18且可稳定遗传的品系012912。采用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)、酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)、小麦SDS微量沉降值和面粉揉面仪等方法。对小偃54和012912的谷蛋白及醇溶蛋白组成、总蛋白质含量、沉降值和揉面特性等指标进行了比较,结果表明,012912(1Ax1,1Bx14+1By18,1Dx2+1Dy12)与其轮回亲本小偃54(1Ax1,1Bx14+1By15,1Dx2+1Dy12)在谷蛋白成分上的唯一差别是以1By18替换了小偃54的1By15亚基,且1By18基因的表达量比小偃54的1By15表达量提高29%;012912品系的沉降值比小偃54高2.5mL,揉面特性比小偃54好,说明1By18基因比1By15对面团加工品质的正向效应大。

中国小麦品种资源Glu-1位点组成概况及遗传多样性分析

分析了 5 12 9份中国小麦初选核心种质样品HMW GS的组成情况 ,其中地方品种 345 9份、育成品种(系 ) 16 70份。这些材料作为初级核心种质基本代表了保存在国家长期库中的普通小麦种质资源的遗传多样性 ,覆盖了中国小麦栽培的 10大生态区。总体来看 ,在Glu A1、Glu B1和Glu D13个位点上的主要等位变异分别为null、7+8和 2 +12。育成品种中 1、7+9、14 +15、5 +10和 5 +12亚基 (对 )的频率比地方品种有很大的提高。在Glu 1位点上 ,地方品种与育成品种的遗传丰富度差异甚微 ,但育成品种的遗传离散度指数却显著高于地方品种。在 3个位点中 ,Glu B1位点的多样性最丰富 ,其次为Glu D1位点 ,Glu A1位点的多样性最差。从生态区来讲 ,地方品种变异类型最丰富的 3个大区是黄淮冬麦区、西北春麦区和西南冬麦区 ;选育品种最丰富的 4个大区是西南冬麦区、黄淮冬麦区、长江中下游冬麦区和北部冬麦区。由于广泛的引种、杂交、选择以及亲本选配中的偏爱 ,造成许多生态区遗传离散度指数高低与遗传丰富度出现相矛盾的现象 ,这点在长江中下游冬麦区材料中表现尤为突出。育成品种与地方品种间遗传分化系数分析表明 ,现代引种和杂交育种使我国小麦品种“群体”遗传组成和结构发生了质的变化。

中国普通小麦初选核心种质的产生

对中国普通小麦种质资源构建了初选核心种质。地方品种和选育品种分别构建。按栽培区(地理生态区)分组。地方品种按亚区分为28组,选育品种按大区分为10组。各组内在21个表型性状聚类的基础上,按平方根法取样,并依遗传多样性指数与遗传丰富度加以调整。提出在生产上或育种中起过重要作用的品种为必选材料。初步选定的材料经种植核对,淘汰错杂后,产生初选核心种质。地方品种全部供试材料11694份,初选核心种质3283份,取样比例为28.18％。选育品种全部11441份,初选核心种质1684份,取样比例为14.9％。计划经分子标记分析,最后核心种质的比例占全部种质的10％左右。根据全部材料21个性状遗传多样性指数测验,初选核心种质,除芒和壳两性状外,与全部种质的遗传差异均未达到显著水平。讨论了初选核心种质的构建方法。指出陕南鄂西山地和汾渭谷地是中国小麦地方品种遗传变异多样性的富集地。育成品种多样性程度以西南冬麦区和黄淮冬麦区为最高。

用Glu-B3、Gli-B1和SEC-1b复合引物PCR检测普通小麦1BL/1RS易位系

利用低分子量 (LMW )麦谷蛋白Glu B3的STS PCR标记、醇溶蛋白Gli B1的SSR标记和黑麦碱SEC 1b的STS PCR标记的复合PCR ,对 10个普通小麦品种、中优 950 7/CA963 2的 91个DH系和 2 8个F2 个体植株 ,进行了1BL/1RS易位系的检测。结果表明 ,中优 950 7/CA963 2的 3 9个DH系和CA963 2、晋麦 45、兰考 2 4、烟农 18、京冬 8等5个品种缺失 2个小麦贮藏蛋白位点的PCR产物 ,而拥有黑麦碱的PCR产物。利用PAGE和ELISA方法 ,对上述品种 (系 )进行了黑麦碱 (secalin)蛋白的检测 ,发现这些品种 (系 )均包含secalin ,与分子标记的检测结果吻合 ,是 1BL/1RS易位系。对 2 8个F2 单株的检测表明 ,该复合标记可以检测出早代

A-3中抗条锈新基因YrTp1和YrTp2的分子标记定位分析

目的半个多世纪的中国小麦育种史基本是育种家与条锈病的赛跑史。因此,筛选、鉴定、储备和利用新抗源是我国育种和资源研究中的一个长远战略性课题。方法利用小麦条锈菌条中31、32号生理小种,对来自小麦与十倍体长穗偃麦草[Thinopyrumponticum(Host)Liu&Wang]的杂交后代材料A-3进行抗性遗传分析。用荧光SSR分子标记技术,鉴定所携带抗条锈病基因是否为新基因,并对其进行染色体定位研究。结果遗传分析表明,A-3对条中31号和32号的抗性由一显一隐2对基因控制。经过对196对微卫星引物的筛选,发现2B染色体短臂上的WMC477-167bp与显性基因紧密连锁,遗传距离为0.4cM,将该显性基因定位于2BS上;7B染色体短臂上的WMC364-208bp与隐性基因连锁,遗传距离为5.8cM。图位比较、系谱分析和抗谱分析表明,A-3所含抗条锈基因不同于已知抗条锈基因,暂定名为YrTp1和YrTp2。结论可利用A-3中与条锈病抗性紧密连锁的分子标记YrTp1和YrTp2将抗性基因转移到主栽品种中,在小麦育种和生产上发挥作用。

2009-2014年国家冬小麦区域试验品系的遗传多样性及群体结构分析

为了解我国小麦的育种水平、发展趋势及存在的问题,利用21对核心SSR标记对2009-2014年参加国家冬小麦区域试验的430个品系进行遗传多样性和群体结构分析。结果显示,21个SSR位点共检测到236个等位变异,平均每个位点11.24个,平均基因多样性和多态性信息量(PIC)分别为0.73和0.70;从不同年份分析,参试品系的遗传多样性从2012年开始略有下降;从不同生态种植区域分析,参试品系的遗传多样性自北向南(北部冬麦区组至长江流域冬麦区组)呈明显下降趋势;UPGMA聚类、主坐标和群体结构分析均表明,长江上游和长江中下游组的参试品系与其他区组的参试品系明显分开,且分别归属于不同亚类,显示出独特的生态区域类型;此外,群体结构分析结果还揭示,71.9%的参试品系群体结构比较单一,其中长江流域组的参试品系最为单一。

表土干旱和根信号对春小麦产量形成的影响

本实验模拟大田条件，探讨一定程度水分亏缺下春小麦能否产生非水力根信号，以及对春小麦产量形成的影响．用３ 个春小麦品种，３ 个水分处理：充分供水（ＣＴ） ，上层供水（ＤＩｕ） 和上层干旱下层供水（ＤＩｄ） ．出苗后１７ ～２８ｄ ，非充分供水处理出现了植物叶片水势未显著改变而气孔导度和蒸腾作用却显著下降的现象，这是非水力根信号的典型特征．随着时间的推移，植物叶片水势同对照处理相比显著下降．在本试验的３ 个品种中，Ｂ品种上层根系的比根重（ＳＲＷ，单位根长的根重） 在出苗后３４ｄ 和出苗后５４ｄ 较Ａ、Ｃ品种高，且在出苗后５４ｄ上层根重的绝对量也显著高于Ａ、Ｃ品种的对应处理，对Ｂ品种获得较高的产量十分有利．Ｃ品种同Ａ、Ｂ品种相比，在出苗后３４ｄ 和５４ｄ，ＤＩｕ 处理中总根重、总根长分别向上层根重和上层根长分配的比例较Ａ、Ｂ 品种高，中层根重和中层根长的相对较低；而ＤＩｄ 处理中表现的趋势正好相反．以上表明Ｃ 品种对浅层土壤水分十分敏感，其根系的可塑性较强，也反映了其较高的根信号敏感性．相对而言，Ａ 品种和Ｂ 品种根系的可塑性较弱，但这两个品种的籽粒产量显著高于Ｃ 品种．

小麦高分子量谷蛋白亚基间的互补效应对面包加工品质的影响

利用偃展1号的10个HMW-GS近等基因系,研究了不同HMW-GS基因对面包烘烤品质的效应。两年的品质测试结果基本一致,说明所用近等基因系是评价亚基组成对加工品质影响的较理想材料。不同HMW-GS组成对面包评分影响较大,变异系数达到21.5%。相关分析表明,面包体积与形成时间(r=0.90,P<0.01)、沉淀值(r=0.89,P<0.01)、稳定时间(r=0.67,P<0.05)和面粉蛋白质含量(r=0.52,P<0.05)均达显著正相关;面包评分与面包体积(r=0.98,P<0.01)、沉淀值(r=0.93,P<0.01)、形成时间(r=0.89,P<0.01)也呈显著正相关。Glu-A1位点1Ax1基因的表达可以提高多数品系的面包评分;当Glu-A1位点是Null、Glu-D1位点是5’+12时,Glu-B1位点等位变异的面包加工品质效应为7+8>14+15>6+8>7,而当Glu-A1位点是1号亚基、Glu-D1位点是5’+12时,Glu-B1位点的等位变异的面包品质效应为6+8>14+15>7;当Glu-A1位点是Null时,14+15与5+10组合优于与5’+12组合,7+8与5’+12组合优于与5+10组合;1Dx5基因的沉默显著降低面包烘烤品质,HMW-GS对面包品质的作用似乎在X-亚基和Y-亚基之间存在一定的配合效应,任何一种基因的缺失或沉默都会造成品质的明显下降。

基于SNP标记的小麦高通量身份鉴定模式

为探索小麦品种高通量SNP身份鉴定模式,利用wheat 90K SNP芯片对380份小麦品种进行了全基因组扫描、分析和评价,从中筛选出高质量、高分辨率、单拷贝和均匀分布的候选SNP标记384个,能将除近等基因系以外的所有品种区分开;基于组合最优化算法,获得小麦品种高通量鉴定最少SNP位点组合一套,包含14个SNP标记,区分能力与384个SNP标记相同。将14个SNP位点转化成KASP标记,分析选取的95份样品,结果显示,芯片平台和KASP平台上的基因分型结果一致。考虑品种实际鉴定过程中存在样本量大、高度近似品种少等情况,权衡准确、经济、灵活、快速、通量高等检测需求,建议品种高通量身份鉴定可采取"核心位点+扩展位点"的模式进行。本研究为小麦等农作物品种SNP高通量身份鉴定技术体系的建立和指纹数据库的构建提供了有利的参考。

小麦种质资源苗期耐盐性鉴定评价

土壤盐渍化是影响小麦生长的重要非生物胁迫之一,筛选培育耐盐小麦种质资源对开展盐碱地综合利用具有重要意义。本研究以19份杂交小麦和2份常规品种为试验材料,以蛭石为培养基质,设置NaCl含量分别为0、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%的6个处理,从播种时开始盐胁迫处理,分析测定生长相关的11项指标。采用多元统计分析方法对小麦种质资源进行苗期耐盐性评价,结果表明,在1.2%盐处理下,小麦种质资源大多数指标的耐盐系数四分位差最大,因此,1.2%盐被认为是耐盐鉴定最适浓度;利用主成分分析方法可将11项调查指标的耐盐系数简化为3个主成分;通过主成分贡献率和隶属函数分析进一步将3个主成分值简化成综合评价指标D值;根据D值利用聚类分析将21份小麦种质资源划分为5类,对应高耐、耐盐、中耐、敏感和高敏5个耐盐级别,苗期耐盐鉴定表明13份杂交小麦的综合评价D值高于捷麦19与济麦22;结合逐步回归分析获得11个调查指标耐盐系数与D值的最优回归方程:D=–0.743+0.779×PLL+0.372×TNL+1.273×PH+0.336×PLC+0.279×RL+0.558×RDW,由此回归方程可知倒二叶叶长(PLL)、总叶片数(TNL)、株高(PH)、倒二叶叶绿素(PLC)、根长(RL)和根干重(RDW)可作为1.2%持续盐胁迫下小麦种质资源苗期鉴定评价指标。

高粱总DNA导入春小麦新品系高分子量麦谷蛋白亚基的变化

通过花粉管通道法将高粱总DNA导入春麦甘麦8号、陇春13号和陇春10号,经过多代选择获 得了5个稳定遗传新品系．在高分子量麦谷蛋白亚基分析中,甘麦8号后代89144的高分子量麦谷蛋白 亚基发生突变,较其受体多了5+10亚基,而少了2+12亚基;其他几个转基因后代与其受体比较,高分 子量麦谷蛋白亚基组成未发生变化;但是各亚基的相对质量分数有较大变化．高分子量麦谷蛋白亚基 的组成和各亚基质量分数的变化直接影响小麦品质．本研究对外源总DNA花粉管通道法导入小麦在 改良小麦品质方面的作用进行了讨论．

我国75份小麦品种SNP和SSR指纹图谱构建与比较分析

联合利用Illumina 90K SNP芯片和毛细管高通量SSR检测技术,构建75份育成品种384个SNP和42个SSR位点的指纹图谱,比较两种标记在遗传多样性、遗传相似系数和鉴别能力等方面的特征。结果显示,SNP标记揭示的遗传多样性指数明显低于SSR标记,但能较好地反映品种间的遗传多样性;SNP标记揭示的遗传相似系数明显高于SSR标记,但两者呈极显著线性相关;384个SNP位点鉴定近等基因系的能力低于42个SSR位点,但去除近等基因系后,仅需8个SNP或4个SSR位点组合即可区分剩余的74份品种,表明最优位点组合具有较高的鉴定效率,在品种鉴定时可先采用少量标记进行初鉴,对于极近似品种可加大标记密度。首次结合SSR和SNP标记构建指纹图谱,证实了两者之间的一致性,提出了分子身份鉴定技术标记数量的选择思路,为小麦品种DNA身份鉴定技术标准制定提供了重要的参考依据。

醇溶蛋白法和SSR标记法检测小麦种子纯度的比较

为了比较SSR标记法和醇溶蛋白法检测小麦种子纯度的准确度,以参加冬小麦区域试验的8个品系为试材,利用SSR标记法和醇溶蛋白法分别检测8个品系中的杂株,以田间表型鉴定结果为对照。结果表明,在800个单株(每个品系取100个单株)中,醇溶蛋白法和SSR标记法分别检出44和55个杂株,田间表型鉴定出49个杂株。这49个杂株中,有41株同时被SSR标记法和醇溶蛋白法鉴定出来,另有8株仅被SSR标记法鉴定出来。证明SSR标记法检测小麦种子纯度较醇溶蛋白法更加准确。

外引小麦种质资源HMW-GS组成及品质评价

为有效利用外引小麦种质资源,本研究对引自国际玉米小麦改良中心、法国、巴基斯坦等区域的393份小麦种质资源进行高分子量麦谷蛋白亚基组成及品质性状的分析,结果表明,在供试材料中共检测到23种亚基类型和50种亚基组合类型;资源品质评分在4~10分之间,平均为7.68分,其中品质评分为10分、9分、8分的材料分别有74份、76份、96份,包含的亚基组合类型分别有8种、2种、14种,品质评分为8分及以上的材料共计246份,占总材料的62.6%;此外,9份材料检测出新的亚基及组合类型:F14(2*,14*+15*/6*+16*,Null)、F33(2*,14*+15*/6*+16*,Null)、C119(1,7*+16*,5+10)、C120(Null,7*+16*,5+10)、C125(2*,7+8,5′+10)、C51(2*,7+9,5′+10)、O13(2*,7+16,2+12)、O17(2*,7+16,2+12)和P27(2*,7+18,2+12)。总体上这些外引材料优质亚基分布频率高、组合类型丰富,可作为优异资源进一步开发利用,并为我国小麦品质改良提供材料基础及理论依据。

河北区试小麦品种(系)DNA指纹图谱构建及遗传差异分析

采用42个SSR标记为2009-2013年河北省区域试验的70份小麦品种(系)构建DNA指纹图谱,进行遗传差异分析,为小麦品种改良和种质资源创新提供参考。结果表明,42个SSR标记在70份品种(系)中共检测到303个等位变异,单个SSR位点的平均等位变异为7.21个,PIC值平均0.69;基因多样性平均0.73,遗传相似系数变化范围为0.05-1.00,平均0.28;表明参加河北省区域试验的品种(系)间存在不同程度的遗传差异。聚类分析把70份品种(系)划分为4大类,6个亚类,表明同一育种单位或地区品种(系)遗传背景相近,应该加大外来小麦种质资源的引进和利用力度。

甘肃小麦品种(系)HMW-GS遗传变异分析

为了了解甘肃省小麦品种HMW-GS的遗传变异和组成,为甘肃优质专用小麦品种筛选和品种改良提供依据,采用SDS-PAGE法,分析了254份甘肃省小麦材料(育成品种(系)和农家品种)Glu-1位点的HMW-GS变异,共检测到22种HMW-GS变异,Glu-A1位点3种,Glu-B1位点11种,Glu-D1位点8种。其中110个育成品种(系)的15种HMW-GS有27种亚基组合类型。Glu-A1位点有2种亚基,47.3%的品种该位点具有优质亚基;Glu-B1位点有7种亚基,76.4%的品种具优质亚基;Glu-D1位点有6种亚基,32.7%的品种具优质亚基。14.5%的品种(n=15)Glu-1位点具优质亚基。144份农家品种的18种HMW-GS共有29种亚基组合形式,Glu-A1位点有3种亚基,Glu-B1位点有9种亚基,Glu-D1位点有6种亚基,无优质亚基组合。

我国部分审定小麦品种的品质性状及基因型分析

为了解我国小麦品种的品质相关基因分布及品质性状表现,本研究针对近年来我国审定的530份小麦品种,进行容重、粗蛋白质含量、湿面筋含量、吸水率和稳定时间等性状的分析,同时利用13个品质相关的KASP标记检测基因型,明析不同的品质种植区域内的审定品种优异品质基因等位变异的分布及聚合情况。检测的优异品质基因等位变异在不同区域间的分布不均衡,其中1BL/1RS(-)、1Ax 1/1Ax 2*、Pinb-D1b和Pinb-B2b优异等位变异在品质区域间分布频率呈显著性差异,而1Bx17+1By18、TaPsy-D1a和TaPod-A1b等优异等位变异的分布在区域间无差异;同时进行多个优异等位变异聚合情况分析发现:5个面筋质量相关基因中筛选出同时含有1B/1R(-)、1Ax 1/1Ax 2*,1Dx5+1Dy10、glu-B3g+4个优异等位变异的材料12份;3个籽粒硬度相关基因中未检测到同时含有Pina-D1b、Pinb-D1b和Pinb-B2b的材料,检测到含有Pina-D1b/Pinb-B2b组合的材料16份,含有Pinb-D1b/Pinb-B2b组合的材料88份。5个籽粒颜色相关基因中同时聚合5个优异等位变异的材料10份。检测的13个品质相关基因KASP标记中,未发现聚合11个以上优异等位变异基因的材料,聚合10个优异等位变异基因的材料有4份,聚合9个优异等位变异的材料有16份。品质分析结果显示:不同区域间品质指标值也存在区域性的差异,且稳定时间与蛋白质含量和湿面筋含量指标不协调。面筋品质相关基因优异等位变异1BL/1RS(-)、1Ax1/1Ax2*和1Dx5+1Dy10在强筋,中强筋和中筋品种间的分布频率呈极显著差异,且与品质表现呈极显著正相关。

高粱DNA导入引起小麦HMW-GS的变异及其品质改良和变异机理分析

采用花粉管通道法,将高粱(Sorghum bicolor L.)基因组DNA导入粉质籽粒的稳定品系89122中,后代经多代连续选择优良变异系,并进行了高分子质量麦谷蛋白亚基的SDS-PAGE电泳检测和品质化验分析。获得1个稳定遗传变异新品种,与导入受体89122相比,后代新品系2001502-23含有7+8、5+10优质亚基,HMW-GS发生明显变异,Gul D1位点基因发生等位变异,其表达产物由原来(89122)的2+12亚基为5+10亚基;其品质指标较受体得到改善,从而实现了受体小麦HMW-GS基因的遗传转化和品质改良。说明利用花粉管通道法完全可以实现小麦HMW-GS基因的转化和品质目标性状的遗传改良。而生物诱变是其可能的遗传转化和变异机理之一。

小麦穗部组织EST-SSR标记引物开发及其在小麦遗传多样性分析中的应用

为了筛选光温敏雄性不育系（PTGMS）小麦穗部的EST—SSR分子标记，探讨其EST—SSR标记用于小麦品种遗传差异研究的可行性，用SSRSCAN软件对PTGMS小麦穗部的3264条EST序列进行SSR位点查找，结果得到108条含有SSR标记的序列。设计64对引物并进行PCR扩增及非变性聚丙烯酰胺凝胶（PAGE）电泳。结果显示，64对引物中有41对能在42个小麦品种中扩出PCR条带，有多态性条带的为36对，具有较高的扩增效率。聚类分析结果显示，42个小麦品种的遗传相似系数在0．64～0．87之间，3个PT—GMS小麦品种具有较高的遗传相似系数。