小麥葉片表皮粉質(zhì)化的遺傳定位

耿小紅，武艷芍，余 馬

（1.運(yùn)城農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西運(yùn)城044000；2.西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川綿陽621010）

小麥葉片表皮粉質(zhì)化的遺傳定位

耿小紅1，武艷芍1，余 馬2

（1.運(yùn)城農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西運(yùn)城044000；2.西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川綿陽621010）

為發(fā)掘小麥中影響葉片表面粉質(zhì)化的關(guān)鍵位點，對小麥莖葉表皮粉質(zhì)化蠟質(zhì)的基因進(jìn)行遺傳定位。以141份重組自交系群體為材料，利用已構(gòu)建的高密度遺傳圖譜對四川推廣品種川麥32的葉片表皮粉質(zhì)化進(jìn)行基因型鑒定。結(jié)果表明：目標(biāo)性狀在重組自交系群體中表現(xiàn)為單基因遺傳，且被定位于2D染色體短臂上。

小麥；遺傳定位；葉片表皮粉質(zhì)化

植物表皮蠟質(zhì)是聯(lián)系植物和環(huán)境的界面，主要由超長鏈脂肪酸、酯類、伯醇、仲醇、脂肪醛及酮類組成［1］。化學(xué)成分及顯微結(jié)構(gòu)特征表明蠟質(zhì)具有降低植物表皮濕度并形成具有清潔植物表層的功能［2］。此外，作為植物與環(huán)境間的屏障，植物蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)最外層具有提高植物生物及非生物脅迫抗性，以降低植物在干旱、蟲害、病原菌侵染、太陽輻射和凍害等逆境條件下的傷害［3-4］。小麥作為小春作物，廣泛分布于溫帶、熱帶及亞熱帶地區(qū)，是人類最重要的糧食作物之一。在熱帶及亞熱帶地區(qū)，高溫氣候會對小麥造成嚴(yán)重減產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計，氣溫較生長適溫每升高1℃，小麥產(chǎn)量降低3%～20%［5-6］。干旱也是長期威脅小麥產(chǎn)量的限制因素，近期世界范圍內(nèi)的氣候變化使這一環(huán)境威脅更為嚴(yán)重和頻繁。因此，提升小麥環(huán)境適應(yīng)性以應(yīng)對環(huán)境惡化和滿足人類需求迫在眉睫。有研究表明，部分小麥資源的葉片、莖段及麥穗表皮具有蠟質(zhì)，并形成肉眼可辨的粉質(zhì)化特征［7］。Ishag研究認(rèn)為，葉片蠟質(zhì)可以阻擋熱量侵入以降低葉面溫度［8］。另外，小麥和大麥表層蠟質(zhì)（或粉質(zhì)）具有抗高劑量輻射、提高水分利用效率及增加產(chǎn)量等作用［9-10］。但是目前對小麥表皮粉質(zhì)化特征的遺傳機(jī)制及遺傳位點發(fā)掘報道甚少，因此，發(fā)掘小麥表皮粉質(zhì)化相關(guān)遺傳位點對小麥抗性改良及產(chǎn)量提升意義重大。筆者以人工合成小麥和四川審定品種為親本構(gòu)建的重組自交系群體及其親本為材料，同時利用已構(gòu)建的高密度遺傳連鎖圖譜對小麥葉片表面粉質(zhì)化進(jìn)行遺傳定位研究，旨在發(fā)掘小麥中影響葉片表面粉質(zhì)化的關(guān)鍵位點，為剖析葉片表面粉質(zhì)化的小麥資源適應(yīng)性提供遺傳基礎(chǔ)及理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗材料為170份重組自交系群體（SHW-L1×川麥32，簡稱SC群體）。該群體親本SHW-L1系人工合成六倍體小麥，該親本人工合成途徑（D基因組供體親本AS60，AB基因組供體親本AS2255）參照張連全等的方法進(jìn)行合成［11］。川麥32為四川省審定且主要推廣品種，系四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所選育。供試材料均由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所提供。

1.2 田間設(shè)計

70份重組自交系群體、人工合成小麥SHW-L1及川麥32于2012—2013年種植于四川農(nóng)業(yè)大學(xué)溫江校區(qū)試驗農(nóng)場。田間采用單粒播種，種植行長1.5m，單株間距0.1m，行距0.3m，每株系種植3行，常規(guī)肥水管理及病蟲害防治。

1.3 表型鑒定

待株系中50%以上植株開始抽穗時，定期觀察植株葉片表面粉質(zhì)情況。各株系葉片表面粉質(zhì)結(jié)構(gòu)性狀與親本SHW-L1一致的群體株系記為A，與親本川麥32一致的群體株系記為B。

1.4 標(biāo)記-性狀連鎖分析

方差分析采用SPSS16.0分析軟件。SC群體遺傳連鎖圖譜數(shù)據(jù)及各株系基因型數(shù)據(jù)來源于四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所［12］。重組自交系群體遺傳圖譜共包括1 862個標(biāo)記位點，全長3 766.9cM，平均標(biāo)記密度為2cM每個位點。因mapmaker/EXP軟件不能處理高通量的高密度圖譜數(shù)據(jù)，故目標(biāo)性狀基因染色體定位采用Joinmap分析軟件對圖譜標(biāo)記位點及目標(biāo)性狀進(jìn)行群體劃分，以識別到與目標(biāo)性狀連鎖緊密的標(biāo)記位點連鎖群。目標(biāo)性狀在該連鎖群的遺傳定位采用mapmaker/EXP 3.0軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 SC群體及親本表型特征

重組自交系群體親本川麥32葉片表皮披有肉眼可見的白色粉質(zhì)，人工合成小麥SHW-L1葉片表皮無粉狀結(jié)構(gòu)。SHW-L1的A、B基因組供體親本AS2255及D基因組供體親本同SHW-L1表型一致。因本參試群體親本間遺傳差異較大，各株系抽穗期從3月下旬持續(xù)到6月上旬，且該期間降雨較多，造成30份株系未能記錄性狀，因此未納入分析。納入表型記錄的141份重組自交系群體中，75份株系葉片表皮有白色粉狀結(jié)構(gòu)，與川麥32表型一致。66份株系葉片表皮肉眼判斷無粉狀結(jié)構(gòu)，其表型性狀與SHW-L1表型一致。卡方檢驗結(jié)果表明，表皮粉質(zhì)結(jié)構(gòu)在參試重組自交系群體中分離比例為1∶1，因此該性狀復(fù)合單基因遺傳分離模式。

2.2 目標(biāo)性狀染色體定位

小麥葉片表皮粉狀結(jié)構(gòu)的染色體定位分析結(jié)果表明，目標(biāo)性狀被劃分到2D染色體所在連鎖群。該染色體由99個遺傳位點構(gòu)成，其中SSR位點13個，DArT位點86個。目標(biāo)性狀遺傳位點與2D染色體上0～35.6cM區(qū)段內(nèi)15個標(biāo)記位點最為緊密（圖示）。利用目標(biāo)位點關(guān)聯(lián)區(qū)段內(nèi)的15個標(biāo)記位點對群體親本SHW-L1及其合成親本AS60和AS2255進(jìn)行基因型鑒定分析發(fā)現(xiàn)，15個位點在異源六倍化過程中均按孟德爾遺傳規(guī)律進(jìn)行傳遞。

圖示 小麥葉片表皮粉質(zhì)化在2D染色體短臂上的遺傳定位Fig. Genetic mapping of leaf glaucousness on chromosome 2DS in wheat

3 結(jié)論與討論

對小麥莖稈及葉片表皮粉質(zhì)化結(jié)構(gòu)及無粉質(zhì)化結(jié)構(gòu)表型遺傳分析發(fā)現(xiàn)，該性狀是由控制蠟質(zhì)合成基因（W1基因和W2基因）及抑制蠟質(zhì)合成基因（Iw1和Iw2）兩類基因控制。W1基因及對應(yīng)的Iw1基因被定位于2B染色體短臂上，且成緊密連鎖分布［13］。W2基因被定位于2D染色體著絲粒附近，而Iw2基因則被定位于2D染色體短臂末端處。來源于野生二粒小麥（Triticumdicoccoides）的Iw3基因及Ws基因則分別被定位于1B染色體短臂及1A染色體短臂上［14］。Iw3基因及Ws基因主要控制小麥穗部表皮的蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)生產(chǎn)。近年來，對小麥蠟質(zhì)的QTL定位也有報道，Bennett等［15-16］研究表明，位于3A及7A上旗葉粉質(zhì)相關(guān)主效QTL；Borner［17］等利用ITMI群體在1A、1D、2D、4A、4B、6A、7A及7D上都發(fā)掘到葉片粉質(zhì)相關(guān)的微效位點；Mondal等［18］報道，染色體1B、3D和5A上旗葉葉片蠟質(zhì)化相關(guān)QTL，2D、3B和5A上旗葉葉片溫度降低相關(guān)QTL，3B、5A和5B上穗部溫度降低相關(guān)QTL的存在。表明，小麥植株表皮粉質(zhì)化相關(guān)遺傳機(jī)制較為復(fù)雜。本研究發(fā)掘到的葉片表皮粉質(zhì)化為單基因遺傳，該位點可能與Iw2基因及Borner、Kulwal及Mondal等在2D上報道的位點具有等位性。川麥32系國外引進(jìn)資源雜交后所得，其具有較高環(huán)境適應(yīng)性，且農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀優(yōu)良。因此，深入發(fā)掘該品種抗性相關(guān)遺傳位點以進(jìn)行小麥適應(yīng)性改良非常重要。

遺傳定位研究中，目標(biāo)性狀的遺傳力及群體大小對定位結(jié)果影響較大［19］。本研究中目標(biāo)性狀可視化效果明顯，在多年多點試驗中均獨立于環(huán)境表達(dá)。因此，群體大小是研究結(jié)果可靠程度的主要影響因素。本研究參試群體僅有141份重組自交系，該群體可以滿足目標(biāo)性狀的初步定位。目前，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所針對2D染色體建立精細(xì)化的代換系群體，有必要進(jìn)一步進(jìn)行目標(biāo)性狀精細(xì)化定位及表達(dá)驗證研究。

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（責(zé)任編輯：姜 萍）

Genetic Mapping of Leaf Glaucousness in Wheat

GENG Xiaohong1，WU Yanshao1，YU Ma2
（1.YunchengVocationalandTechnicalCollegeofAgriculture，Yuncheng，Shanxi044000；2.SchoolofLifeScience andEngineering，SouthwestUniversityofScienceandTechnology，Mianyang，Sichuan621010，China）

In order to explore the key loci influencing leaf glaucousness in wheat，genetic mapping of leaf glaucousness for commercial variety of Chuanmai32was conducted based on 141recombinant intercross lines（RILs）and a high density genetic map.Results：The inheritance of leaf glaucousness in RILs population followed a monogenic inheritance，and the genetic locus for target trait was located on chromosome 2DS.

wheat；genetic mapping；leaf glaucousness

S512

A

2016-01-25；2016-08-26修回

西南科技大學(xué)博士基金項目“小麥雜種優(yōu)勢利用研究”（13ZX7155）

耿小紅（1969-），女，講師，碩士，從事小麥遺傳育種研究。E-mail：gengxiaohong126＠126.com

1001-3601（2016）09-0368-0001-03