小麦骨干亲本周8425B抗条锈病优异基因在其衍生品种中的遗传解析

周8425B是黄淮海麦区应用较广泛的矮秆大穗、抗病抗逆小麦骨干亲本,解析周8425B衍生品种的条锈病抗性遗传表现及其携带的抗条锈病基因遗传传递信息对新品种选用具有重要价值。本研究以条锈病强毒力生理小种条中34(CYR34)单一菌种对收集的222份周8425B衍生品种进行苗期条锈病抗性鉴定,以CYR34为主的混合菌种对衍生品种进行成株期条锈病抗性鉴定,利用周8425B携带的抗条锈病基因YrZH84、YrZH84.2、Yr30、YrZH22和Yr9紧密连锁的分子标记对衍生品种进行基因型检测。研究结果表明,周8425B苗期和成株期对目前强毒力优势菌种CYR34均表现高抗条锈病。在222份周8425B的衍生品种中,2年表现稳定成株期抗病的衍生品种有昌麦9号、济研麦10、百农4199、赛德麦7号和郑麦103等14份,占比6.3%;表现稳定全生育期抗病的衍生品种有周麦11、周麦22、周麦26、周麦36、兰天36、存麦16和郑品麦8号等52份,占比23.4%。周8425B衍生品种主要通过周麦11、周麦12、周麦13、周麦15、周麦16和周麦17等6个子一代再次衍生到子二代。子一代中周麦16和周麦13由于具有较好的农艺性状直接衍生出较多品种,周麦12与周麦13培育出子二代周麦22衍生出45个子三代,周麦11培育出矮抗58衍生出54个子三代。周8425B携带的YrZH84、YrZH84.2、YrZH22、Yr30和Yr9在衍生后代中的频率分别为34.7%、14.9%、41.9%、66.2%和67.1%。仅携带其中1个抗病基因的衍生品种以携带YrZH84的平均严重度最低,为15.4%;聚合2个抗病基因的衍生品种中,以携带YrZH84+YrZH22的平均严重度最低,为20.0%;聚合3个抗病基因的衍生品种中,以携带YrZH84+YrZH22+Yr9的平均严重度最低,为17.2%;聚合4个抗病基因的衍生品种中,携带YrZH84+YrZH22+Yr30+Yr9的平均严重度为16.9%,携带YrZH84.2+YrZH22+Yr30+Yr9的平均严重度为38.4%。苗期以携带全生育期抗性基因YrZH84或含有YrZH84的基因组合的衍生品种的抗病性较好。研究结果为中国小麦骨干种质周8425B的持续改良利用提供了条锈病基因信息,鉴定出对强毒力生理小种CYR34表现抗病的衍生新种质,为我国小麦抗条锈病遗传育种提供了参考。

小麦骨干亲本周8425B矮秆基因在其衍生品种(系)中的遗传解析

利用4个主要矮秆基因[Rht1(Reduced height 1)、Rht2、Rht8和Rht24]的分子标记对219个周8425B衍生品种(系)进行检测,研究矮秆基因分布、组合类型及其对小麦株高、产量相关性状的影响,为骨干亲本周8425B的持续遗传研究、小麦矮秆基因分子标记辅助选择育种的利用奠定基础。结果表明,矮秆基因Rht1、Rht2、Rht8和Rht24在周8425B衍生品种(系)中的分布频率分别为94.52%、100.00%、42.01%和97.26%。在219份材料中,没有发现单独存在某一矮秆基因的类型,各矮秆基因均以组合形式存在,4个矮秆基因的组合类型共有7种,分别为Rht1+Rht2、Rht2+Rht8、Rht2+Rht24、Rht1+Rht2+Rht8、Rht1+Rht2+Rht24、Rht2+Rht8+Rht24和Rht1+Rht2+Rht8+Rht24,以Rht1+Rht2+Rht24组合分布频率最高,为53.42%;Rht2+Rht8组合分布频率最低,为0.46%。对于单个矮秆基因,Rht8基因的降秆作用最强,Rht1基因最弱;对于矮秆基因组合,Rht1+Rht2组合降秆作用最强,Rht1+Rht2+Rht8组合最弱。对于单个矮秆基因,Rht2基因型小麦产量最高,株高为77.38 cm;Rht8基因型小麦产量最低,株高为76.71 cm。对于矮秆基因组合,Rht2+Rht8组合产量最高,株高为78.21 cm;Rht1+Rht2组合产量最低,株高为75.85 cm。产量相关性状与4个矮秆基因的相关性分析结果表明,在一定范围内,适当提升株高有利于提高植株的生物量,增加收获指数,实现产量增加。筛选出3份产量较高的小麦材料,分别是郑麦103、存麦13和中育1220,其株高分别为82.79 cm、78.71 cm和82.50 cm,矮秆基因组合均为Rht1+Rht2+Rht24。

周8425B抗叶锈病基因LrZH84和LrZH22/Lr13在其衍生品种中的遗传解析

【目的】分析小麦骨干亲本周8425B的207份衍生品种中叶锈病抗性基因LrZH84和LrZH22/Lr13的分布及遗传效应。【方法】对小麦骨干亲本周8425B及其207份衍生品种开展叶锈病苗期抗性接种鉴定,同时利用叶锈病抗性基因LrZH84和LrZH22/Lr13的连锁标记或功能标记进行基因型检测。【结果】207份衍生品种对目前叶锈菌中强毒力优势生理小种KKSQ、TKTS、TKGQ均表现中抗及其以上水平的材料有42份,所占比例为20.3%;31份衍生品种仅携带LrZH84基因,其中对鉴定的3个生理小种表现中抗水平的分别有8、10、8份,所占比例分别为25.8%、32.3%、25.8%;46份衍生品种仅携带LrZH22/Lr13基因,其中对鉴定的3个生理小种表现中抗水平的分别有21、31、25份,所占比例分别为45.7%、67.4%、54.3%;14份衍生品种同时携带LrZH84和LrZH22/Lr13抗病基因,其中对鉴定的3个生理小种表现中抗水平的分别有9、11、11份,所占比例分别为64.2%、78.6%、78.6%;116份衍生品种均不携带LrZH84和LrZH22/Lr13抗病基因,其中对鉴定的3个生理小种表现中抗水平的分别有19、21、20份,所占比例分别为16.4%、18.1%、17.2%。【结论】叶锈病抗性基因LrZH22/Lr13的苗期抗性效应优于LrZH84,聚合两个叶锈病抗性基因的苗期抗性效应优于单个基因;需加强不同抗性基因的聚合,培育新的具有持久抗性的小麦新品种从而有效控制小麦叶锈病的流行。

小麦骨干亲本“周8425B”及其衍生品种的遗传解析和抗条锈病基因定位

【目的】利用高密度分子标记解析了周8425B衍生品种的遗传结构,并鉴定其携带的抗条锈病基因。【方法】利用921个DArT(Diversity Arrays Technology)标记和83个SSR标记分析周8425B及其50份衍生品种(系)间的遗传结构和遗传区段传递,并利用关联分析定位抗条锈病基因。【结果】周8425B及其衍生品种的遗传相似性平均为67.6%,聚类分析结果与品种系谱来源基本一致。周8425B对其衍生一代、二代和三代的平均遗传贡献率分别为67.7%、63.6%和58.8%,在A、B和D基因组间遗传贡献率分别为68.7%、62.0%和59.4%。周8425B对其衍生品种的21条染色体贡献率变幅为44.9%—70.9%,其中,对4A染色体贡献率最低,为44.8%,对1D染色体贡献率最高,达79.0%。利用DArT和SSR标记与成株期抗条锈鉴定结果进行关联分析,发现4个条锈病抗性位点(P<0.01),其中2个条锈病抗性位点QYr.caas-2BL和QYr.caas-7BL与已报道的抗条锈病基因Yr7和YrZH84在相同染色体区段,另一个抗性位点QYr.caas-1BL与抗叶锈基因LrZH84位置相同,推测该位点与LrZH84紧密连锁或者一因多效。在3A染色体长臂末端发现一个条锈病抗性位点QYr.caas-3AL,与标记wPt-0398关联,可能是一个新基因,能解释22.9%的表型变异。【结论】骨干亲本对衍生后代在基因组和染色体水平上的贡献率主要与重要基因遗传传递有关,衍生品种携带的4个抗条锈病基因均来自骨干亲本周8425B,这些抗性基因及其它优异基因将在黄淮冬麦区南片品种遗传改良中继续发挥重要作用。

小麦周8425B及其衍生品种与黄淮麦区主栽品种的遗传解析

为了解小麦骨干亲本周8425B及其衍生品种与黄淮麦区主栽品种的遗传结构和遗传多样性，利用Illumina 90K iSelect SNP标记技术对周8425B及其16份衍生品种和23份黄淮麦区主栽品种进行全基因组扫描。结果显示，在40份小麦材料中，有22466个多态性SNP位点被定位在21务染色体上，不同基因组间多态性SNP标记的分布依次为B〉A〉D。周8425B及其衍生品种的遗传相似系数变化范围为0．6405～0．9264，平均值为0．7398，与黄淮麦区主栽品种间遗传差异较小。供试材料的遗传相似系数变化范围为0．5301～0．9634，平均值为0．6721，并被划分为4个类群，聚类分析结果与系谱较为吻合。周8425B对其衍生一代、二代、三代的平均贡献率为79．48％、76．73％和74．24％，随世代的增加而不断降低，且在不同基因组间的遗传贡献率表现为D〉A〉B。全基因组扫描结果显示，周8425B衍生品种共有6789个sNP位点保留了周8425B的遗传基因，不同基因组继承的SNP位点数不同，依次为B〉A〉D，这些选择位点可能与重要基因的遗传传递有关，可能是周8425B成为骨干亲本的主要遗传特征。

小麦骨干亲本周8425B及其衍生品种(系)的农艺性状和加工品质综合分析

为给小麦骨干亲本周8425B及其衍生品种在小麦育种中的进一步利用提供参考,对周8425B及其衍生的50份在我国生产和育种中发挥重要作用的后代品种(系)的系谱、农艺性状和加工品质进行了分析及1B/1R检测。结果表明,周8425B基因的传递主要是通过子一代周麦11、12、13和16号传递到子二代和子三代中,其中由子一代周麦13号衍生的品种(系)占全部衍生后代的40%,其次是周麦16号和周麦11号的衍生品种(系),分别占全部衍生后代的20%和18%。周8425B为1B/1R易位系,在其后代50份衍生品种(系)中1B/1R易位系占78%,其中在子一代中1B/1R易位系为87.5%,在子二代中为85.7%,在子三代中仅为42.6%。在衍生品种(系)中,44份材料的产量较周8425B均有不同程度的提高,产量最高的是周麦23号,其产量为8.73t·hm-2,其次是阳光58、周麦22及徐麦270;面条评分最好的是豫展4号,其次是徐麦270和鹤麦026;徐麦270的产量相对较高,面条品质相对较好。

周8425B衍生小麦品种抗旱特性及其遗传增益解析

利用现代品种衍生群体探究干旱条件下遗传增益,对于小麦抗旱育种具有重要意义。本研究以黄淮冬麦区南片骨干亲本周8425B及其衍生品种为试验材料,通过两年两点的两种灌溉水平处理,对抗旱相关性状进行分析。结果表明,其抗旱相关性状均受基因型、环境、水分处理及其互作效应的显著影响。干旱条件下,周8425B衍生品种的产量和抗旱指数年遗传增益为-0.22%和-0.56%,花后7d旗叶可溶性糖和脯氨酸含量年均降低0.58%和1.63%,均达显著水平,抗旱能力减弱的主要表现为花后7d旗叶可溶性糖和脯氨酸含量显著降低。产量和抗旱指数密切相关,单位面积穗数可作为品种抗旱性强弱的重要指标。本研究对于小麦抗旱育种具有显著应用价值。

周8425B衍生品种抗倒伏特性分析

为从遗传和种植密度两个角度探讨黄淮麦区南片骨干亲本周8425B及其后代的抗倒伏特性,以周8425B及其衍生品种共计69份材料为研究对象,采用两种密度处理(225万和450万株·hm^(-2)),连续2年分别种植在河南郑州和周口,分析了其抗倒伏相关性状的遗传变异及其与种植密度的关系。结果表明,小麦株高和穗下节长主要受品种控制,茎基部第二节间长主要受品种、品种与环境互作及品种、环境和密度三者互作的影响;茎基部第二节间粗和截面面积主要受环境、品种与环境互作及品种、环境和密度三者互作的影响,其次为品种及品种与密度互作的影响;茎基部第二节间强度和抗倒指数主要受密度及品种与环境互作的影响。聚类分析表明,冠麦1号、理生828、04中36、郑农21、郑麦7698、周8425B和周麦18等品种的抗倒指数在两种密度条件下均显著高于其他品种,可用作抗倒伏亲本。两种密度条件下,茎基部第二节间茎秆强度与抗倒指数呈显著正相关(r分别为0.919和0.894,P值均小于0.001)。这说明,亲本选择对小麦抗倒伏育种非常重要,茎基部第二节间茎秆强度依然是反映茎秆抗倒伏能力的较好指标。

普通小麦抗倒伏相关性状的全基因组关联分析

解析小麦抗倒伏遗传机制,发掘抗倒伏位点,选育抗倒伏品种,对于保障我国粮食生产安全具有重要意义。周8425B是我国黄淮麦区重要的小麦骨干亲本,农艺性状优良,其衍生品种具有较好的抗倒伏特性。本研究对周8425B及其衍生品种等62份材料的8个抗倒伏相关性状进行评价,并结合50K SNP芯片数据进行全基因组关联分析(GWAS,genome-wide association analysis)。共计检测到226个显著关联SNP标记,分布于21条染色体的42个位点上,分别解释7.0%~18.8%的表型变异。其中,14个位点与已报道的位点一致,其他28个位点为新的位点。另外,还鉴定到3个候选基因(TraesCS5B01G555800、TraesCS3A01G496400和TraesCS6B01G225400),分别编码E3-泛素蛋白连接酶、纤维素合酶和细胞分裂蛋白酶。本研究对于小麦品种抗倒伏性状改良具有参考价值。