四倍体小麦胚大小性状QTL定位与分析

【目的】挖掘小麦胚大小性状相关的数量性状位点,解析胚大小与其他重要农艺性状之间的相关性,为胚相关性状QTL的精细定位及育种利用奠定基础。【方法】以四倍体小麦矮兰麦(Ailanmai)和野生二粒小麦(LM001)构建的121份F8代重组自交系群体(AM群体)作为研究材料,将其分别种植于成都市崇州试验基地(2018、2019和2020年)、成都市温江区试验基地(2020年)和雅安市试验基地(2020年),调查5个环境下的胚长、胚宽、胚长/胚宽、胚长/粒长、胚宽/粒宽以及胚面积6个性状,结合基于小麦55K SNP芯片构建的遗传连锁图谱对上述6个性状进行QTL定位。【结果】胚大小性状呈近似正态分布,符合数量性状的遗传特征。QTL定位共检测到27个胚大小相关性状的QTL,其中,7个分别控制胚长和胚宽的QTL可解释7.75%-21.74%和7.67%-33.29%的表型变异,共检测到5个在多环境稳定表达的主效QTL:QEL.sicau-AM-3B、QEW.sicau-AM-2B、QEW/KW.sicau-AM-2B、QEL/EW.sicau-AM-2B-1和QEA.sicau-AM-2B,其贡献率分别为11.88%-21.74%、21.77%-33.29%、8.80%-24.92%、12.79%-31.13%和10.47%-20.67%。另外,上述胚相关的位点形成4个QTL簇,分别为1B控制胚长/粒长和胚长的QTL簇,2B控制胚宽、胚长/胚宽、胚宽/粒宽以及胚面积的QTL簇,3B控制胚长和胚面积的QTL簇,6B控制胚长/胚宽、胚宽/粒宽的QTL簇。确定胚大小与小麦籽粒大小具有显著正相关性,且发现胚长主效位点QEL.sicau-AM-3B与粒长主效位点共定位,但胚宽主效位点QEW.sicau-AM-2B独立于粒宽主效位点存在。在主效QTL所在物理区间鉴定获得4个可能参与胚大小调控的基因。【结论】鉴定到5个控制胚相关性状的稳定表达的主效QTL:QEL.sicau-AM-3B、QEW.sicau-AM-2B、QEW/KW.sicau-AM-2B、QEL/EW.sicau-AM-2B-1和QEA.sicau-AM-2B,其中,QEW.sicau-AM-2B可能为新的QTL。

几个四倍体小麦山羊草双二倍体及其部分亲本的抗小麦白粉病基因分析

用离体叶段接种方法鉴定了 11个四倍体小麦 -山羊草双二倍体、波斯小麦PS5、硬粒小麦DR14 7、5份山羊草、杂交高代材料Am9/莱州 95 3 2 F5和 (DR14 7/Ae14 ) //莱州 95 3 2 F4对 2 0个具有不同毒力白粉菌株的抗谱。通过与含有已知抗病基因品种或品系的反应模式比较 ,推测Am9/莱州 95 3 2 F5含有Pm4b ,波斯小麦PS5含有Pm4b与一个未知抗病基因组合 ;(DR14 7/Ae14 ) //莱州 95 3 2 F4和硬粒小麦DR14 7含有Pm4a和一个未知抗病基因组合 ;尾状山羊草Ae14和小伞山羊草Y39抗所有白粉菌株 ,由于迄今还没有在尾状山羊草和小伞山羊草中鉴定出抗白粉病基因 ,推测这 2份山羊草含有新的抗白粉病基因。除Am9外 ,在其它双二倍体中波斯小麦或硬粒小麦的抗性部分受到抑制 ,山羊草的抗性部分或完全受到抑制。

四倍体小麦矮秆基因的赤霉素敏感性及对农艺性状的影响

为明确四倍体小麦矮秆基因Rht14、Rht16和Rht18的赤霉素敏感性及其对小麦农艺性状的影响,促进这些矮秆基因的合理利用。选用分别含有Rht14、Rht16和Rht18的四倍体小麦近等基因系ANW16D(Rht14)、ANW16F(Rht16)、ANW16G(Rht18)及其高秆轮回亲本LD222以及六倍体小麦中国春(Chinese spring),测量其不同浓度GA3处理下小麦的株高,计算赤霉素敏感系数(GRI)并推断3种矮秆小麦的赤霉素反应类型。在成熟期对LD222近等基因系小麦的农艺性状如株高、穗长、主穗穗下第一茎节(P-1)节间长、节间表皮细胞、种子表皮细胞及种子体积等进行测量,分析Rht14、Rht16、Rht18这3个矮秆基因对小麦这些农艺性状的效应。结果表明,ANW16D、ANW16F和ANW16G这3个矮秆小麦株高恢复到正常LD222株高的最适GA3浓度为10-4mol/L;3个矮秆品种均为赤霉素敏感型且敏感性大小为中国春<ANW16G<ANW16F<ANW16D<LD222;Rht14、Rht16、Rht18均是通过降低主穗穗下第一茎节(P-1)节间长度来使小麦株高降低,降低效应为Rht18<Rht16<Rht14;它们降低小麦株高的根本原因均是缩短了小麦节间表皮细胞长度且缩短效应与降低株高效应一致;3个矮秆基因均在降低小麦株高的同时不影响种子的体积。

四倍体小麦“简阳矮兰麦”与黑麦可杂交性及其在六倍体水平上的遗传特性

中国六倍体普通小麦地方品种有一个比较独特的特征———存在丰富的高亲和性材料。因此，研究中国四倍体小麦的亲和性问题具有特殊的意义。“简阳矮兰麦”是来源于四川省的一个四倍体小麦地方品种，它与黑麦有高的可杂交性，其杂交结实率达６０％。遗传分析表明，“简阳矮兰麦”与黑麦的高可杂交性是受２～３对隐性基因所控制，但３对基因的可能性更大。而且，这些隐性基因的作用在合成六倍体小麦后仍能比较完全的表达。通过与六倍体普通小麦相比较，结果表明四倍体小麦的可杂交性系统与六倍体小麦的可杂交性系统的作用方式是类似的。

四倍体小麦—粗山羊草双二倍体抗病新种质的创制

通过四倍体小麦与粗山羊草杂交，利用幼胚拯救技术获得了ＰＳ５－Ｙ２８７双二倍体（ＡＡＢＢＤＤ）。该双二倍体ＰＭＣＭⅠ染色体构型基本稳定，对小麦白粉病表现免疫，对条锈、叶锈和秆锈病表现良好的田间抗性。并且该种质籽粒外观品质好。

四倍体小麦单株籽粒蛋白质、铁及锌的产量QTL定位与分析

为了给普通栽培小麦蛋白质和Fe、zn营养的改良提供参考依据，将来自欧洲的四倍体小麦栽培品种Langdon与源于以色列Gitit的野生二粒小麦G18-16杂交重组自交系F6代的152个家系种植于以色列希伯来大学不同年份的3个干旱和湿润环境（2005年干旱与湿润环境以及2007年湿润环境）下，并进行籽粒蛋白质、Fe和Zn单株产量的数量性状基因位点（QTL）分析。结果发现全部家系在3个不同环境下这三个性状均表现出宽广的遗传差异，共有22个籽粒蛋白质、Fe和Zn单株产量的QTL被分别定位在9条染色体上，LOD值为3．1～15．9，贡献率为2．3％～18％，8个QTL受到环境的影响。仅分布于2A和4A染色体上的籽粒Fe单株产量的QTL存在基因上位性影响。

四倍体小麦与六倍体小麦杂种的染色体遗传特性

四倍体栽培小麦(Triticum turgidum L.,AABB)和普通小麦(Triticum aestivum L.,AABBDD)是两种目前主要的小麦栽培种。通过远缘杂交转移利用四倍体小麦(或六倍体小麦)基因是六倍体小麦(或四倍体小麦)遗传改良的重要方法。然而,两者杂种F1为基因组组成不平衡的五倍体,其中A和B基因组染色体均为两套,而D基因组染色体仅一套。亲本间的遗传差异,包括核基因组和细胞质基因组,可能影响五倍体杂种的染色体传递效率。本研究以多个不同遗传背景的四倍体小麦和六倍体小麦为亲本,配置正反交五倍体杂种F1,采用多色荧光原位杂交技术分析自交F2代植株的染色体组成规律。结果表明,杂交亲本的遗传背景对杂种F1自交结实率影响显著;不论是以四倍体小麦还是六倍体小麦做母本,AB基因组染色体在F1自交过程中相对稳定,F2后代的数目均接近28条(27.9 vs.28.0);以四倍体小麦为母本F2平均保留的D基因组染色体数显著多于以六倍体小麦为母本的后代(7.0 vs.2.9)。因此,以四倍体小麦为最终目标后代时,应优先以六倍体小麦为母本进行杂交组合的配置;以六倍体小麦为最终目标后代时,应优先以四倍体小麦为母本开始最初的杂交组合配置。

二倍体、四倍体小麦成熟胚组织培养研究初报

以栽培二粒小麦(Triticum dicoccum Schuble)、硬粒小麦(Triticum durum Desf.)以及普通六倍体小麦祖先种野生二粒小麦(Triticum dicoccoides Korn.)、野生一粒小麦(Triticum aegilopides Bal.)4个基因型麦属植物成熟胚(MEs)为外植体,对成熟胚愈伤组织诱导、分化及植株再生的组织培养效果做了初步研究,筛选出适合于非六倍体小麦成熟胚组织培养的基因型。结果表明,不同基因型成熟胚愈伤组织的诱导、分化及植株再生差异显著,具有很强的基因型效应和基因型依赖性。其中栽培二粒小麦的成熟胚表现出较好的组织培养特性,它的愈伤组织诱导率、分化率、成苗率以及组培效率分别为95.00%、90.00%、32.40%、27.70%,显著高于其它基因型。二倍体、四倍体小麦成熟胚组织培养特性的研究以及组织培养基因型的筛选,为遗传转化体系的建立、小麦功能基因的分离和克隆,以及小麦分子育种工作奠定了基础。

不同二倍体和四倍体小麦成熟胚再生体系研究

为了研究不同基因型和培养条件对小麦成熟胚愈伤组织诱导和分化的影响,以硬粒小麦、墨西里卡、野生一粒麦Tu和野生一粒麦Tb为实验材料,对其成熟胚在不同激素配比下愈伤组织的诱导和植株分化进行研究。结果表明,不同基因型小麦成熟胚愈伤组织诱导、分化及再生均存在很大差异。其中硬粒小麦的成熟胚培养效果最佳,其愈伤组织在不同2,4-D浓度(1.0～4.0 mg/L)下诱导率均在93%以上。不同激素配比对成熟胚愈伤组织绿点率、再生率均有显著影响。硬粒小麦、墨西里卡、野生一粒麦Tb在激素配比为KT 1.5 mg/L+NAA 0.5 mg/L的分化培养基中培养效果最好,其绿点率分别为85.22%,61.67%,8.50%,成苗率分别为40.40%,32.06%,1.72%;而野生一粒麦Tu的最适分化培养基激素配比为KT 1.0 mg/L+NAA 1.0 mg/L,其绿点率和再生率分别为18.64%和8.47%。研究表明,基因型是影响二倍体和四倍体小麦成熟胚培养的主要因素,愈伤组织的诱导和植株的再生是相互独立的。

四倍体小麦Langdon HMT1基因的克隆及原核表达

硒是人类不可缺少的重要微量元素之一,人类必须补充足够的硒才能保证身体健康。同型半胱氨酸甲基转移酶(homocysteine-S-methyltransferase,HMT)基因与植物富硒关键酶硒代半胱氨酸甲基转移酶(selenocysteine methyltransferase,SMT)基因同源。为了发掘并利用麦类作物中的富硒关键酶基因,基于NCBI已公布的节节麦(Aegilops tauschii Coss.)同型半胱氨酸甲基转移酶1基因(AetHMT1)的序列设计HMT1基因的特异性引物H1-F/H1-R,克隆四倍体小麦Langdon HMT1的开放阅读框(open reading frame,ORF)后进行序列分析,并通过原核表达验证该基因。结果表明,利用H1-F/H1-R从四倍体小麦Langdon(LDN)克隆出两条长度均为975bp的序列,分别命名为LDNHMT1-1和LDNHMT1-2。LDNHMT1-1、LDNHMT1-2与AetHMT1基因一样,均编码342个氨基酸,分子量大小分别为35.19kDa和35.18kDa。通过氨基酸序列比对和进化树分析发现,LDNHMT1-1、LDNHMT1-2与其他HMT、SMT有较高的相似性。构建原核表达载体,并通过SDS-PAGE鉴定,成功获得LDNHMT1-1、LDNHMT1-2的原核表达菌株,且原核表达的蛋白质与预测分子量大小一致。

四倍体小麦×纤毛鹅观草属间杂种的胚援救及无性系建立

通过活体—离体胚培养在N6无机 +5mg/LIBA的培养基上成功地获得了纤毛鹅观草和 5个四倍体小麦种 (品种 )的属间杂种植株及愈伤组织 ,并建立了杂种植株和胚愈伤组织再生植株无性系 .采用这种培养技术 ,5个杂交组合的成苗率达 12 7% ,成愈率达 2 7 4% ,有效地克服了纤毛鹅观草和四倍体小麦杂种胚发育小的问题 .对传统胚援救和愈伤组织诱导的方法及远缘杂种中胚发育与亲本形态的关系进行了讨论 .

四倍体小麦籽粒多组分营养物质含量的QTL定位及相关性分析

为了寻找改良普通栽培小麦营养物质含量的基因资源,以野生二粒小麦G18-16和硬粒小麦Langdon杂交所构建的重组自交系F6代群体为研究材料,种植于黔中地区并对该群体籽粒可溶性蛋白质、总类黄酮、总酚、植酸和黄色素5个营养性状含量进行测定。共检测到6个相关的QTLs,分别分布在染色体2A、3A、4A、6B和7A上。除小麦籽粒总酚性状外,其余四个性状均呈正态分布。网络相关性分析表明,所有营养性状与农艺性状间均呈显著负相关,仅黄色素与农艺性状无显著相关性。主成分分析(Principal component analysis,PCA)也显示总酚和黄色素与其他营养性状有显著差异,并且是造成群体分布差异最主要的因素。因此,小麦总酚和黄色素性状在其生理代谢中可能存在特殊性。另外,PCA还筛选出2组在5个营养性状上存在显著差异的基因池家系各4株,为回交和精细定位提供了较可靠的研究材料。

RNA-seq挖掘四倍体小麦紫籽主效基因

紫色籽粒四倍体小麦籽粒中富含花青素,是优良的遗传学标记,但其分子遗传机理尚不清楚。本研究利用RNA-seq技术比较四倍体小麦紫粒品种‘深紫1号’和白粒品种‘高原3号’果皮转录组,挖掘控制紫粒性状的主效基因。结果表明紫色和白色果皮中共检测到95 404个Unigenes。21 373个基因表达差异显著,其中3 891个基因在紫色果皮表达上调,12 482个基因表达下调。差异表达基因主要与次生代谢途径相关,其中黄酮类和花青素合成代谢通路差异最为明显。除F3’H外,与花青素合成相关的结构基因在紫色果皮中的表达水平均高于白色,说明花青素合成代谢与四倍体小麦的紫粒性状相关。调控花青素合成代谢的MYC转录因子Unigene25029_All位于2AL染色体上,在紫色果皮中表达水平比白色果皮高出4.78倍,与普通小麦中控制紫粒性状的TaMYC1 (pp3)同源,这个基因很有可能就是四倍体小麦紫色果皮性状的候选基因。本研究结果筛选到四倍体小麦中紫粒性状的候选基因,有助于了解小麦紫色果皮性状的起源及其分子机理的解析。

异源四倍体小麦进化的稳定性研究

南京农业大学陈增建教授团队对异源四倍体小麦进化的稳定性研究取得进展,相关论文发表于The Plant Journal.四倍体硬粒小麦（AABB）和六倍体面包小麦（AABBDD）都是种间杂交和多倍化形成的.

远缘杂交不需幼胚培养的节节麦基因型(英文)

六倍体普通小麦 (TriticumaestivumL .)是由四倍体小麦 (T .turgidumL .)与二倍体节节麦 (AegilopstanschiiCoss.)天然杂交然后通过染色体自然加倍形成的异源多倍体。这一起源过程是自然条件下天然发生的 ,它的发生需要具备一个条件 :四倍体小麦与节节麦的天然杂交种子在自然条件 (没有幼胚培养等 )下能够正常发芽出苗。我们从 2 2份节节麦中发现来自中东的节节麦AS6 0在不采用幼胚培养等人工辅助条件下 ,仍然很容易与四倍体小麦和普通小麦产生有生活力的杂种植株。AS6 0与四倍体小麦的杂交种子有 5 0 .0 % (反交 )及 5 7.1 % (正交 )的种子 ,而AS6 0与六倍体普通小麦的杂交种子则有 4 5 .5 %不需幼胚培养等措施能够正常发芽、生长。AS6 0的这一特征正是普通小麦起源过程需要的条件。

古麦今用:小麦种质资源的育种应用与展望

小麦是最主要的粮食作物之一,其起源和演化过程非常复杂,与小麦相关最早的记录可追溯到23000年前[1].普通小麦是一个比较年轻的异源六倍体,由四倍体小麦(AABB)和节节麦(DD)于约公元前9000年杂交形成.也正是由于小麦异源多倍体的特性,由于长期进化、驯化及历史或地理原因而形成的小麦遗传和表型多样性尤其丰富.

双二倍体的合成及育性表现的研究

通过四倍体小麦(硬粒小麦)与粗山羊草杂交,利用幼胚拯救技术和套袋自交获得了3个双二倍体(AABBDD)。双二倍体染色体构型基本稳定,田间对小麦白粉病表现低于抗病亲本粗山羊草。人工合成双二倍体后,再与小麦杂交,其结实率为25%,种子发育正常。人工合成的双二倍体与小麦杂交,可能会获得遗传基础丰富、抗病较好的抗病品种,此方法在育种工作中是可以采用的。

新作物——小黑麦(新麦)研究现状与前景

一、新麦由来小麦与黑麦属间杂交人工合成的新作物,是世界上前所没有的,故名新麦。它又叫小黑麦,就是小麦和黑麦的字头合并在一起。小黑麦不小也不黑,而是又大又白,按长象实应叫大白麦。新麦分为异源八倍体六倍体。异源八倍体新麦六倍体小麦与黑麦属间杂交经染色体加倍人工合成的新作物。异源六倍体小黑麦是四倍体小麦与黑麦属间杂交,经染色体加倍人工合成的。二、新麦的国内外水平及研究进展情况新麦的研究在国际上有50多家,如墨西哥、美国、前苏联、加拿大等进展较快,1978年国际小麦、玉米改良中心好的品种亩产达1300斤。我国鲍文奎先生研究50年的冬新麦也已在西北高寒山区推广。

生理性状育种

W952693 两个小麦杂交组合光合活动的基因作用和遗传力[刊,英]/Simon,M.R.//Euphytica.-1994,76(3).-235～238W952694 硬粒小麦材料叶绿素 a/b 比的多样性: 配合力及选择反应[会,英]/Watanabe,N.…//Wheat Breeding-into the second century.Proceed-ings of The Seventh Assembly Wheat Breeding Soci-ety of Australia,The University of Adelaide,25～30Sep.1994/Paull,J.….-Adelaide,Australia:WheatBreeding Society of Australia,1994。

品种 种质资源

W992815 耐旱、高产硬红冬小麦品种 Wind-star[刊,英]/Baenziger,P S.…//Crop Sci-ence.-1998,38(3).-894～895[WBTA,1998,15(6),4252]W992816 四倍体小麦地方种在埃塞俄比亚高原表现的稳定性[刊,英]/Tesemma,T…//Euphytica.-1998,102(3).-301～308[WBTA,1998,15(6),4296]