基于遗传解析新模式的小麦寡分蘖QTL的鉴定和验证

有效分蘖数可直接影响小麦的成穗数,与产量关系极为密切。挖掘小麦分蘖数相关数量性状位点,解析分蘖数与其他重要农艺性状之间的相关性,可为分子育种提供理论依据。本研究首先提出和建立了“多个环境评价-单个性状深入-综合性状兼顾-友好标记开发-不同背景验证”的遗传解析新模式。进一步利用该模式,以寡分蘖自然变异植株msf和川农16(CN16)构建的F6代重组自交系群体(MC群体)为实验材料,以多年多点的有效分蘖数作为表型数据,借助基于16K芯片构建的遗传连锁图谱成功定位和验证了寡分蘖遗传调控位点。QTL定位结果显示,1A、5A和6D染色体上有4个控制寡分蘖的QTL。其中Qltn.sau-MC-1A为稳定主效的寡分蘖QTL,解释了13.39%~60.40%的表型变异,其正效应位点来源于msf。表型分析发现,携带Qltn.sau-MC-1A正效应位点株系的有效分蘖数显著少于携带Qltn.sau-MC-1A负效应位点株系的有效分蘖数。相关性分析表明,有效分蘖数和株高之间存在极显著的正相关,与千粒重、每穗粒数、每穗粒重、旗叶宽之间存在显著的负相关,有效分蘖数与旗叶长、开花期之间无显著相关。遗传分析结果表明,Qltn.sau-MC-1A正效应位点显著增加每穗粒数、每穗粒重和千粒重,但推迟开花期。不同遗传背景下的验证结果表明,携带Qltn.sau-MC-1A正效应位点的株系确实能降低有效分蘖数。综上,本研究建立了一种遗传解析新模式,并基于此模式解析、定位和验证了一个控制寡分蘖的主效QTL Qltn.sau-MC-1A,为进一步精细定位和了解分蘖形成机制奠定了基础。

新疆稻麦低分子量谷蛋白亚基基因序列分析

根据普通小麦低分子量谷蛋白亚基基因保守区序列,设计了一对引物(P1和P2),采用PCR法对新疆稻麦(Triticum petropavlovskyiUdacz.et Migusch)的基因组DNA进行扩增,获得1条约900 bp的片段,纯化后克隆到载体pMD18-T后,对筛选阳性克隆测序,获得1个基因LMWXJ-1(Genbank登录号:AY695380)。序列分析的结果表明LMWXJ-1具有典型的低分子量谷蛋白亚基基因的基本结构。推导的氨基酸序列比较结果表明,LMWXJ-1与Glu-A3和Glu-D3位点的低分子量谷蛋白基因具有较高的相似性(最高相似性分别为82%和80%),而与Glu-B3位点的差异较大(最高相似性仅有68%)。

小麦骨干亲本繁6产量相关性状关键基因组区段的遗传效应

繁6是中国小麦育种最重要的骨干亲本之一,明确其优良特性的遗传机制对小麦育种具有重要意义。本研究鉴定了39个繁6衍生品种的7个产量相关性状,并利用全基因组SSR标记分析了繁6中控制这些性状重要遗传区段和基因位点在子代中的遗传效应。表型鉴定结果表明,繁6产量相关性状在不同世代衍生品种中表现无显著差异,表明这些性状在衍生品种选育过程中受到选择并稳定遗传。利用已获得的控制小麦产量相关"一致性"QTL区段的417个SSR标记进行分子扫描,发现11个繁6特异SSR标记在其衍生后代中被高频率遗传。性状–标记关联分析表明,21个来自繁6的特异SSR标记与产量相关性状极显著关联(P<0.01)。同时鉴定出分别位于2A和5A染色体的Xgdm93.3–Xgwm526.2和Xbarc100–Xgwm156.1区段,前者控制株高和小穗数,后者控制千粒重。本研究证实,上述两个与小麦产量相关性状关联的位点或区段在小麦产量育种进程中受到强烈的人为定向连续选择,并在四川乃至西南麦区小麦产量育种中发挥了重要作用。

生长素对小麦幼胚组织培养的影响

以川农16、川麦42和良麦2号为供试材料，探讨了三种生长素对其幼胚组织培养的影响，并在此基础上筛选出相对较好的受体材料。结果表明，三种生长素在幼胚的诱导率、胚发芽率和胚发根率上存在极显著差异。2，4，5-T和NAA在诱导小麦幼胚培养基，其胚芽、胚根发生严重；而2，年D在诱导率、胚发芽率和胚发根率这三方面相对优于2，4，5-T和NAA，适用于小麦幼胚的组织培养，且适宜浓度范围在2．0～2．5m∥L。基因型对小麦幼胚组织培养的诱导率没有影响，对胚发芽率有一定影响，而对胚发根率有较大影响。在三种基因型中，以川农16在诱导率、胚发芽率和胚发根率这三方面表现相对突出，可作为转化受体材料。

西藏半野生小麦粒型性状的QTL定位

为了解西藏半野生小麦粒型性状的QTL差异，以西藏半野生小麦Q1028和郑麦9023（ZM9023）杂交后获得的重组自交系群体为试验材料，于2012、2013和2015年分别在四川农业大学温江试验田种植，对其粒型性状（粒长、粒宽、粒厚、长宽比、籽粒大小）进行遗传分析。结果表明，重组自交系群体粒型性状均呈正态分布，对籽粒大小的影响依次为粒宽、粒厚、粒长。在三个年度环境中，总共检测到33个控制小麦粒长、粒宽、粒厚、籽粒大小和长宽比的QTL位点。其中，13个控制粒长的QTL分布在1B、2B、2D（3个）、3A、4A、5B、6A、6B、7A（3个）染色体上，每个位点对表型变异的贡献率为5．37％～11．57％。6个控制粒宽的QTL分布在2B、2D、4A、5B、6A、7A染色体上，可以解释表型变异的6．43％～12．69％。3个控制粒厚的QTL位于2B和2D（2个）上，表型贡献率分别为12．75％、10．00％和8．49％。9个控制籽粒大小的QTL分别位于2B、2D（2个）、4A、5B、6A、7A（3个）染色体上，单个QTL可解释6．26％～14．69％的表型变异。另外，本研究还在2B、2D、4A、5B、6A、7A染色体上共发现7个QTL富集区，这些染色体上的QTL和富集区与籽粒性状密切相关，在育种中值得关注。其中，2B染色体上xwPt-3561～XwPt-6932分子标记区间内有控制粒长、粒宽、粒厚、籽粒大小的遗传位点，6A染色体上标记wpt一730109与wpt-7063之间有控制增加籽粒宽度和籽粒大小的位点。

不同生态环境对四川小麦品种(系)籽粒淀粉含量及理化特性的影响

为了明确不同生态点对不同小麦品种籽粒淀粉含量及理化特性的影响,对四川省27个小麦品种(系)在四个生态点(温江、西昌、崇州、仁寿)3年的籽粒淀粉总含量、直链/支链淀粉比例(直/支比)以及小麦淀粉糊化温度等参数进行了分析。结果表明,同一个生态点的小麦淀粉品质指标在不同年份间没有显著差异;同一性状在不同生态点间存在一定的差异,仁寿地区的小麦淀粉直/支比和直链淀粉含量显著高于其他三个生态点,总淀粉含量显著高于崇州点;仁寿和崇州地区的小麦淀粉糊化初始温度显著高于其他两个生态点,且仁寿地区的小麦淀粉糊化峰值温度和结束温度均显著高于温江地区。淀粉组成对淀粉的糊化特性有一定影响,且总淀粉含量、直链淀粉含量、直/支比与淀粉的糊化特性之间均存在显著正相关关系。不同气象因子对小麦淀粉不同品质指标影响程度不同,其中,降雨量、温度和光照时间对大多数淀粉品质指标有显著影响。

HMW-GS基因的遗传转化与小麦品质改良

小麦高分子量谷蛋白亚基(HMW GS)的组成类型及相对含量与面筋的弹性和强度直接相关,决定面粉的烘烤品质。目前,应用转基因技术将HMW GS基因(主要为1Ax1、1Dx5和1Dy103个亚基基因)导入普通小麦,获得转基因株系。对转基因株系进行检测,发现导入的HMW GS基因在转化植株中均过量表达。对其品质进行测定表明,面团弹性、强度、稳定时间等多个品质性状都有所改善。我国小麦品种品质普遍较差,利用转基因技术提高优质亚基的表达数量,转入外源优质亚基,可能将是我国小麦,尤其是南方小麦品质遗传改良的有效途径之一。

长江中下游麦区小麦地方种质千粒重全基因组关联分析

【目的】高产是小麦育种的永恒主题,千粒重是产量构成的三因子之一。因此,发掘控制小麦千粒重QTL(quantitative trait loci)区段及其优异等位变异,对利用分子标记辅助选择进行小麦产量性状的遗传改良具有重要意义。【方法】以来自长江中下游麦区188份小麦地方种质为材料,在3个环境下对小麦千粒重进行表型鉴定;利用DArT芯片(diversity arrays technology)进行全基因组扫描,基于一般线性模型(Q+K)对小麦千粒重进行关联分析。【结果】千粒重表型鉴定发现来自江苏、浙江和湖北小麦地方种质具有较高千粒重;通过全基因关联分析,共获得8个DArT标记在2个及以上的环境中均与小麦千粒重显著关联,分布于小麦染色体1B、1D、3B、4B和5B上,其表型贡献率9.19%~12.65%。【结论】长江中下游麦区小麦地方种质千粒重表型变异丰富;在不同环境中均能关联到的标记为较为稳定的控制小麦千粒重位点。

LMW-GS16基因表达载体的构建

采用PCR方法对来自大麦的LMW-GS16基因进行修饰,在基因5′及3′端分别加入构建表达载体所需的BamHⅠ和SacⅠ限制酶切位点,并将其连接在相应酶切的质粒pBI121上,构建成LMW-GS植物表达载体pBI121-16。重组质粒转化到E.coliDH5α和农杆菌LBA4404中,通过Kanamycin筛选阳性克隆,用PCR方法进行鉴定。对照组转化率为零,转化组阳性克隆特异地扩增出900 bp片段,与目标基因DNA大小一致,转化率为1.0×106/μg DNA。

152份黄淮海麦区小麦农家品种抗条锈性评价及重要条锈病抗性基因的分子检测

【目的】黄淮海麦区是中国最重要的小麦生产基地和条锈病流行区,从该麦区小麦农家品种中鉴定一批对当前小麦生产上流行的条锈病生理小种具有稳定抗性的优良种质,并了解其携带当前抗病育种利用的重要条锈病抗性基因分布,为进一步在条锈病抗性育种中有效利用和发掘其抗性基因提供材料基础。【方法】应用当前中国小麦生产上毒性强、流行频率高的条锈菌生理小种条中32(CYR32)和条中34(CYR34)对152份来源于黄淮海麦区小麦农家品种进行苗期抗性鉴定,并于2016年和2018年分别在四川崇州和绵阳利用由条锈菌CYR32、CYR33、CYR34、水源11-4、水源11-5组成的混合小种进行人工接种和成株期抗性鉴定;同时利用Yr9、Yr10、Yr18、Yr24/26、Yr30、Yr36、Yr39、Yr41、Yr48、Yr65、Yr67、Yr80和Yr81共13个小麦育种和生产上应用的重要已知条锈病抗性基因的标记进行分子检测,推测其可能携带的抗性基因。【结果】9份农家品种对CYR32具有苗期抗性,9份对CYR34具有苗期抗性;其中,2份种质在苗期对CYR32和CYR34均表现抗性。35份农家品种表现为稳定的成株期抗性,占23.03%。结合苗期和成株期抗性表型分析,7份种质表现出全生育期抗性,占4.61%。利用已知条锈病抗性基因单基因系为阳性对照进行分子检测发现,131份种质携带Yr18,2份携带Yr41,13份携带Yr48,57份携带Yr81;共有66份种质同时携带2个抗性基因组合类型(Yr18+Yr41、Yr18+Yr48、Yr18+Yr81和Yr48+Yr81);所有供试材料均未检测到Yr9、Yr10、Yr24/26、Yr30、Yr36、Yr39、Yr65、Yr67和Yr80;5份抗性种质未检测到上述Yr基因,可能携带未检测的其他已知条锈病抗性基因或未鉴定的新基因。【结论】黄淮海麦区小麦农家品种对当前流行的条锈病生理小种多表现为成株期抗性,该麦区主要携带来源于中国农家品种抗性基因Yr18和Yr81;获得的苗期或成株期稳定抗性农家品种可能携带对当前小麦生产中流行小种具有抗性的其他已知或未知基因及其组合,是在小麦条锈病持久抗性育种中可进一步利用的重要抗源。

白皮小麦抗穗发芽资源评价及抗性候选位点关联分析

白皮小麦皮薄且胚乳相对含量及出粉率高,较红皮小麦更受农户和企业青睐,但也更易发生穗发芽。为了给抗穗发芽机理研究及抗性育种提供参考,本研究首先在7个不同环境条件下对来自世界主要小麦产区的502个白皮小麦材料进行穗发芽抗性鉴定和评价,然后对白皮小麦穗发芽抗性进行位点关联分析。穗发芽抗性鉴定结果表明,502个白皮小麦材料中,仅1.39%的材料平均发芽率小于40%,其中Osiris(埃及)、Vilmorin 29(法国)、Miana(法国)、Kanto 107(日本)、Darwin(德国)、Magnif MG(阿根廷)和Benefactress(英国)具有在多个环境下稳定的穗发芽抗性。利用与小麦穗发芽抗性紧密连锁的236对标记筛选到202个多样性位点,依据遗传结构将白皮小麦群体分为3类(K=3)时,分别有40.92%、30.03%和29.04%的材料分在三个亚群中,当K=6时群体结构趋于稳定,同时发现,非洲的材料群体结构单一,而来自其他地区的材料遗传结构更复杂。结合穗发芽表型与K=3~6时的遗传结构数据对具有代表性的303个白皮小麦材料进行关联分析,通过平均值与各环境值分别关联到4个与15个在白皮小麦群体中与穗发芽抗性相关的等位变异位点。其中,Xwmc24.2-1A、Xcfd44.1-2D、Xbarc321.2-3A、Xgwm397.1-4A和Xwmc75.1-5B能够在不同环境中关联到,为较稳定的白皮小麦抗穗发芽位点。

小麦抗条锈病一致性数量性状位点(MQTL)图谱构建

小麦条锈病是造成小麦减产和品质劣化的最重要病害,定位小麦染色体上一致性条锈病抗性基因/位点/区段是小麦条锈病抗性分子育种的重要基础。本研究对至今分子标记和遗传定位的342个条锈病抗性基因/位点/区段进行数据搜集整理,借助Maccaferr和Andrzej的参考图谱,基于元分析技术进行Meta-QTL(MQTL)检测,共获得194个小麦抗条锈病M QTL,包括74个与严重度(Disease severity,DS)相关,46个与反应型(Infection type,IT)相关、19个与病程曲线下面积相关(Area under disease progress curve,AUDPC)、28个与DS和IT共相关、6个与DS和AUDPC共相关、15个与IT和AUDPC共相关、6个与其他条锈病抗性性状相关。这些抗条锈病一致性QTL定位于小麦21条染色体上,呈非均匀分布,且部分MQTL集中成簇。通过与已发表的正式命名抗条锈病基因比较分析,发现大多数正式命名基因定位于MQTL簇区段,说明这些MQTL簇区段很可能是控制小麦条锈病抗性热点区域。控制小麦抗条锈病一致性QTL遗传图谱的构建为小麦条锈病抗性基因精细定位及抗病育种提供了遗传信息参考依据。

中国特有的3个普通小麦亚种抗条锈病评价及其抗性基因分子检测

西藏半野生小麦(Triticum aestivum ssp.tibetanum Shao)、云南铁壳麦(T.aestivum ssp.yunnanense King)和新疆稻麦(T.petropavloski Udats et Migusch)是我国特有的3个普通小麦亚种,它们具有特定的地理分布、明显不同于普通小麦的形态学特征,具有抗病、耐逆等优良性状,是可用于现代小麦品种生物和非生物胁迫改良的优异种质资源。本研究利用当前在我国流行频率高、毒性强的条锈菌生理小种和致病类群组成的混合菌对213份中国特有小麦种质(包括117份西藏半野生小麦、78份云南铁壳麦和18份新疆稻麦)进行苗期和成株期抗性表型鉴定,并利用与12个已知条锈病抗性基因(Yr)相关的分子标记进行分子检测。结果表明,共有18份中国特有小麦种质对混合生理小种表现苗期抗性,89份表现成株期抗性。进一步分析发现,成株期抗性种质主要来源于云南铁壳麦。结合系谱分析、抗性表型及条锈病抗病基因分子标记检测结果发现,2份中国特有小麦种质携带Yr18,所有种质均不携带Yr5、Yr9、Yr10、Yr15、Yr17、Yr24/Yr26、Yr30、Yr41、Yr48、Yr65和Yr67等已知抗病基因。未检测到供试基因的抗性种质可能携带其他已知或新的条锈病抗性基因。该研究为进一步有效利用中国特有小麦亚种抗条锈病种质和发掘其抗性基因提供依据。