小麥骨干親本碧螞4號及其衍生品種的醇溶蛋白組成分析

徐 鑫(新鄉(xiāng)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng)453003)

小麥骨干親本碧螞4號及其衍生品種的醇溶蛋白組成分析

徐 鑫
(新鄉(xiāng)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng)453003)

為了揭示小麥骨干親本醇溶蛋白組成的遺傳演化規(guī)律，利用酸性聚丙烯酰胺凝膠電泳(A-PAGE)技術(shù)，對骨干親本碧螞4號衍生系譜共98個品種(系)的醇溶蛋白組成進(jìn)行分析。結(jié)果表明，碧螞4號有16條醇溶蛋白譜帶，與系譜涉及的中間親本相比，碧螞4號的Gli64.5 (β區(qū)) 是其特有條帶，遺傳到衍生后代品種(系)的頻率達(dá)到11.3%；碧螞4號在α區(qū)的Gli81.7和Gli74.3、β區(qū)的Gli66.9和Gli62.2、γ區(qū)的Gli56.7和Gli47.7以及ω區(qū)的Gli18.9和Gli16.7共8條帶均在系譜4個世代呈現(xiàn)高頻率遺傳趨勢，頻率為59.0%～100.0%，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，碧螞4號衍生品種(系)系譜中涉及的多數(shù)中間親本與碧螞4號具有相同遷移率的譜帶，表明育種過程中這些譜帶被不斷地補(bǔ)充進(jìn)來；γ區(qū)的Gli52.3和ω區(qū)的Gli33.0、Gli30.0、Gli28.1、Gli20.9均只在碧螞4號衍生的個別世代品種(系)中占主導(dǎo)地位，這可能與不同時(shí)期育種目標(biāo)的變化有關(guān)。以上分析說明，育種選擇對醇溶蛋白演變起到非常重要的作用。

小麥； 骨干親本； 醇溶蛋白； 碧螞4號； 系譜

在我國小麥育種工作中，骨干親本在豐富種質(zhì)資源、加速新品種的培育等方面做出了重要貢獻(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，建國后50多年我國育成的小麥品種多達(dá)2 000個以上，通過系譜分析發(fā)現(xiàn)，近1/2品種的血緣源于16個骨干親本[1]。目前，對于小麥骨干親本的遺傳研究備受關(guān)注。張學(xué)勇等[2]研究表明，我國黃淮冬麥區(qū)、西南冬麥區(qū)和西北春麥區(qū)的許多共同骨干親本攜帶Rht8及其診斷標(biāo)記。亓佳佳等[3]利用63對分布于小麥21條染色體的SSR引物對小偃6號及其子1～6代的80個衍生品種(系)進(jìn)行分析，共檢測到175個SSR等位變異，UPGMA聚類結(jié)果與系譜較吻合，小偃6號對其衍生子1～4代的平均遺傳貢獻(xiàn)率為50.32%、47.54%、46.35%、44.83%，對衍生品種(系)的D基因組遺傳貢獻(xiàn)最大。肖永貴等[4]利用90K SNP芯片分析了小麥骨干親本京411及其14個衍生品種(系)的遺傳結(jié)構(gòu)和遺傳區(qū)段傳遞，發(fā)現(xiàn)京411與其衍生1代和2代相同的等位變異頻率分別為63.9%和67.9%，顯著高于理論值，同時(shí)以已有定位信息的SNP標(biāo)記與根系性狀進(jìn)行逐步回歸分析，發(fā)掘出35個根系性狀相關(guān)位點(diǎn)，衍生品種中中麥175攜帶較多的京411優(yōu)異根系基因。但目前，基于醇溶蛋白水平上骨干親本及其衍生品種的遺傳分析研究較少。

碧螞4號是我國于1947年育成的優(yōu)良小麥品種，具有抗倒伏、抗病和豐產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，是20世紀(jì)50年代我國黃淮冬麥區(qū)的主栽品種之一，年最大種植面積曾高達(dá)110萬hm2。同時(shí)，碧螞4號也是我國育種上曾經(jīng)廣泛采用的小麥骨干親本之一，以其為直接或間接親本培育的品種至少有80個[1]。

小麥醇溶蛋白的組成十分復(fù)雜，主要的編碼位點(diǎn)有6個，總體表現(xiàn)出廣泛的等位基因變異性，且?guī)缀醪皇墉h(huán)境的影響，具有遺傳穩(wěn)定性。在酸性聚丙烯酰胺凝膠電泳條件下，按遷移率從大到小依次為α、β、γ、ω 4區(qū)，分子質(zhì)量為30～75 ku[5]。醇溶蛋白基因的等位變異可作為遺傳標(biāo)記，廣泛用于品種親緣關(guān)系和分類研究[6]。本研究采用酸性聚丙烯酰胺凝膠電泳技術(shù)，分析了醇溶蛋白組分在碧螞4號衍生品種(系)中的遺傳規(guī)律，旨在揭示骨干親本的醇溶蛋白組成在衍生品種(系)中的遺傳演化規(guī)律，為小麥育種提供理論和實(shí)踐參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

以碧螞4號及其衍生系譜涉及的98個品種(系)[包括1～5代衍生品種(系)，分別為13、39、12、15、1個，及17個中間親本品種]為材料(表1)。對照品種為加拿大春小麥品種Marquis。試驗(yàn)材料由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所種質(zhì)資源研究中心小麥?zhǔn)姨峁?/p>

表1 供試碧螞4號系譜品種(系)

注：1為原始親本，2—18為中間親本，19—31、32—70、71—83、83—97分別為1、2、3、4代衍生品種(系)，98為5代衍生品種(系)。

1.2 試驗(yàn)方法

每個品種(系)取3粒種子，參考張學(xué)勇等[7]的方法進(jìn)行醇溶蛋白提取和電泳。

1.3 數(shù)據(jù)處理

譜帶命名采用Zillman等[8]的相對遷移率命名系統(tǒng)。采用中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所計(jì)算機(jī)室編寫的GEL 2.0軟件，將醇溶蛋白圖譜轉(zhuǎn)化為0、1數(shù)據(jù)矩陣(有帶記為1，無帶記為0)。參照Woychik等[9]的方法把電泳譜帶分為4個區(qū)(α、β、γ、ω)。對醇溶蛋白譜帶0、1矩陣采用NTSYS軟件進(jìn)行聚類分析[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試小麥品種(系)醇溶蛋白譜帶的分布特征

統(tǒng)計(jì)所有供試品種的醇溶蛋白譜帶共計(jì)48條。其中Gli47.7(γ區(qū))是共有譜帶，其他譜帶的頻率變異在1.0%～89.8%，平均頻率為31.9%。不同品種(系)間出現(xiàn)的醇溶譜帶數(shù)為10～19條，每個品種(系)平均出現(xiàn)了15.3條帶。醇溶蛋白譜帶在4個分區(qū)的分布存在差異，其中α區(qū)的醇溶蛋白譜帶數(shù)僅有5條，數(shù)量最少；而ω區(qū)出現(xiàn)譜帶數(shù)最多，達(dá)到22條；β區(qū)和γ區(qū)分別出現(xiàn)10條和11條譜帶，圖1為部分供試小麥品種(系)醇溶蛋白電泳圖。

從左到右依次為Marquis、北京8號、鄭州15、鄭州24、濟(jì)南2號、濟(jì)南4號、昌樂5號、濟(jì)南5號、石家莊54、青春2號、陜農(nóng)17、54405、濟(jì)南8號、德選1號、濟(jì)南10號、西峰9號、衛(wèi)東7號、冀麥23和昌濰18圖1 部分供試品種(系)的醇溶蛋白A-PAGE電泳圖譜

2.2 碧螞4號醇溶蛋白譜帶在衍生品種(系)中的遺傳分析

遺傳分析表明，骨干親本碧螞4號共出現(xiàn)16條醇溶蛋白譜帶，在系譜衍生品種(系)中的平均遺傳頻率高達(dá)61.7%。ω區(qū)出現(xiàn)8條譜帶，在4個分區(qū)中數(shù)量最多，α、β、γ區(qū)分別有2、3、3條。對4個世代品種(系)的醇溶蛋白組分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不同世代間對碧螞4號醇溶蛋白譜帶的選擇表現(xiàn)均不相同。與其他中間親本對比， Gli64.5(β區(qū))為碧螞4號特有條帶，在衍生后代品種(系)中的遺傳頻率為11.3%(表2)。

在ω區(qū)的8條譜帶中，Gli18.9和Gli16.7在4個世代的遺傳頻率都非常高，頻率變異范圍為59.0%～91.7%，而且它們總是同時(shí)出現(xiàn)。進(jìn)一步系譜分析發(fā)現(xiàn)，4個世代所涉及的12個(占親本的75.0%)中間親本均具有這2條譜帶，表明育種過程中它們被不斷地補(bǔ)充進(jìn)來；相反，ω區(qū)的譜帶Gli27.0和Gli22.7在不同世代的遺傳頻率均較低；而該區(qū)其余4條譜帶在不同世代的選擇存在較大差異，例如，譜帶Gli33.0和Gli20.9在碧螞4號衍生子1代和子2代品種遺傳頻率均高于62.0%，而在3代和4代品種(系)中的遺傳頻率均不超過40.0%；相反，譜帶Gli28.1在前2代的遺傳頻率較低，而在3代和4代的頻率顯著提高。同樣，γ區(qū)的Gli56.7、β區(qū)的Gli62.2和Gli66.9、α區(qū)的Gli74.3和Gli81.7譜帶在碧螞4號的4個世代品種(系)中均表現(xiàn)優(yōu)勢遺傳?？偟膩砜?，碧螞4號譜帶在世代品種(系)中的遺傳頻率與系譜涉及的中間親本密切相關(guān)。

表2 碧螞4號醇溶蛋白譜帶在中間親本及不同世代衍生品種(系)中的分布頻率 %

2.3 基于醇溶蛋白多態(tài)性的碧螞4號系譜品種(系)聚類分析

整體來看，所有品種(系)基于醇溶蛋白譜帶的UPGMA聚類分析結(jié)果與系譜關(guān)系較為一致(圖2)。碧螞4號系譜品種(系)被劃分為兩大類群。第Ⅰ類包括31個品種(系)，主要是以骨干親本北京8號為親本選育的衍生品種(系)；第Ⅱ類主要包括碧螞4號的其他衍生品種(系)及系譜涉及的中間親本，其中洛夫林10號、洛夫林13和蘇聯(lián)早熟1號等洛夫林類品種及其衍生后代聚在一起。

圖中的材料編號同表1圖2 供試品種(系)基于醇溶蛋白多態(tài)性的UPGMA聚類分析

3 結(jié)論與討論

在育種過程中，中抗病和高產(chǎn)等重要性狀一直備受育種家關(guān)注，決定這些性狀的優(yōu)良基因、等位變異相應(yīng)被優(yōu)先保留下來。Li等[11]利用連鎖分析定位了小麥骨干親本周8425B的抗條銹病基因YrZH84，并得到與其緊密連鎖的2個SSR標(biāo)記和1個RGAP標(biāo)記。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，YrZH84能穩(wěn)定地傳遞到衍生品種中[12]。趙春華等[13]利用221個PCR標(biāo)記和89個DArT標(biāo)記分析小麥骨干親本科農(nóng)9204在衍生品種中的遺傳，發(fā)現(xiàn)科農(nóng)9204的高頻率傳遞基因組區(qū)段與千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)和株高等性狀密切相關(guān)。郎明林等[14]用A-PAGE技術(shù)分析我國北方冬麥區(qū)建國后不同時(shí)期的51個主栽品種和21個骨干親本的醇溶蛋白組成，發(fā)現(xiàn)對產(chǎn)量性狀有利的譜帶在品種演變中不斷增加，而對加工品質(zhì)有利的譜帶在不斷減少，說明表型選擇對醇溶蛋白組成有重要作用。

本研究發(fā)現(xiàn)，在碧螞4號的醇溶蛋白組分中，α區(qū)的Gli81.7和Gli74.3、β區(qū)的Gli66.9和Gli62.2、γ區(qū)的Gli56.7和Gli47.7以及ω區(qū)的Gli18.9和Gli16.7在其衍生4個世代品種(系)中均表現(xiàn)高頻率遺傳，它們是否與產(chǎn)量或抗性等重要性狀基因相關(guān)有必要進(jìn)一步研究。同時(shí)，本研究也發(fā)現(xiàn)一些碧螞4號譜帶在不同世代間遺傳頻率存在很大差異，這可能與世代間育種目標(biāo)的變化有關(guān)。

本研究還發(fā)現(xiàn)，親本中均沒有的醇溶蛋白譜帶卻出現(xiàn)在一些衍生品種(系)中(例如Gli27.0)。Bernardo等[15]和Sjakste等[16]分別在研究玉米和大麥品種遺傳多樣性時(shí)也發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象。這可能主要由2個原因?qū)е铝朔怯H本帶的產(chǎn)生，首先是親本品種的不同基因型在子代中沒有完全純合，分子檢測所使用的材料和原始雜交組合使用的親本植株的基因型存在差異；其次是種子長期種植過程中可能存在突變、異花授粉及機(jī)械混雜[17-18]。

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Analysis of Gliadin Composition of Founder Parent Bima No.4 and Its Derivative Cultivars

XU Xin
(Xinxiang University,Xinxiang 453003,China)

In order to investigate the evolution rules of gliadin inheritance in pedigree of founder parent of wheat，the gliadin composition of founder parent Bima No.4，its 80 derivative cultivars and 17 intermediate parents included in the pedigree were analyzed by using acid polyacrylamide gel electrophoresis (A-PAGE).The results showed that there were 16 bands in Bima No.4，and Gli64.5 in β zone was the different band compared with all other parental cultivars，which could inherited to 11.3% progenies.Inheritance frequencies of eight bands，which were Gli81.7 and Gli74.3 in α zone，Gli66.9 and Gli62.2 in β zone，Gli56.7 and Gli47.7 in γ zone，Gli18.9 and Gli16.7 in ω zone，in Bima No.4 keeped high in four generations，varied from 59.0% to 100.0%.Most of the other parental cultivars in the four generations had the same bands with Bima No.4，indicating that these bands were supplemented continuous in the course of breeding. The Gli20.9，Gli28.1，Gli30.0 and Gli33.0 in ω zone as well as Gli52.3 in γ zone were high in individual generations，and this might be correlated with breeding aims at different period. This indicated the selection of breeding had very important effect on evolution of gliadin.

wheat; founder parent; gliadin; Bima No.4; pedigree

2015-12-20

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31571752)；國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(“973”計(jì)劃)項(xiàng)目(2011CB100100)；新鄉(xiāng)學(xué)院科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目(15ZB22)

徐 鑫(1979-)，女，河南新鄉(xiāng)人，講師，博士，主要從事小麥遺傳育種研究。E-mail：xxu808@163.com

S512.1

A

1004-3268(2016)06-0015-05