人工合成小麥紫色胚芽鞘的遺傳定位分析

耿小紅，武艷芍，余 馬

（1.運城農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，山西運城044000；2.西南科技大學生命科學與工程學院，四川綿陽621010）

人工合成小麥紫色胚芽鞘的遺傳定位分析

耿小紅1，武艷芍1，余 馬2＊

（1.運城農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，山西運城044000；2.西南科技大學生命科學與工程學院，四川綿陽621010）

為探明小麥花青素色素沉積的關鍵位點，以167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來源于硬粒小麥（AABB）和節(jié)節(jié)麥亞種tauschii（DD）雜交后所得的人工合成小麥SHW－L1中控制紫色胚芽鞘的基因進行遺傳定位。同時利用目標性狀關聯(lián)遺傳區(qū)段對SHW－L1及其親本進行基因型鑒定。結(jié)果表明：目標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7D染色體，其關聯(lián)遺傳區(qū)段在異源六倍化過程中有遺傳位點缺失。

人工合成小麥；遺傳定位；胚芽鞘顏色

普通小麥（AABBDD）是由四倍體小麥（AABB）和節(jié)節(jié)麥（DD）雜交后產(chǎn)生的異源六倍體物種，是世界上最主要的糧食作物，因其在不同環(huán)境及作物系統(tǒng)中都能滿足人類需求而分布廣泛。其分布范圍北至俄羅斯和挪威（北緯65o），南抵阿根廷（南緯45o）［12］。在小麥異源六倍化過程中，僅有極少野生祖先種參與小麥進化。小麥野生祖先種具有豐富的遺傳多樣性，能適應不同的生態(tài)環(huán)境，地理分布廣泛。在這些物種中廣泛存在著可供小麥育種利用的關鍵基因源。因此利用小麥野生祖先種拓寬普通小麥的遺傳基礎，是小麥育種及生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。

小麥花青素的色素沉積產(chǎn)生紫色的胚芽鞘、葉片、莖稈、穎片、果實及花藥。植物中不同部位的花青素色素苷與環(huán)境適應性顯著相關［3］。此外，花青素色素苷還對心血管疾病療效顯著，且表現(xiàn)較好的抗癌和抗炎性［4］。對小麥花青色素苷的遺傳研究表明，該性狀主要受遺傳因子控制。因此，深入研究小麥花青素色素苷的遺傳機理對提升小麥環(huán)境適應性及保障人類健康意義重大。人工合成六倍體小麥為四倍體小麥（AABB）和節(jié)節(jié)麥（DD）雜交而得，其具有優(yōu)異的環(huán)境適應性和遺傳多樣性。筆者以人工合成小麥為親本構(gòu)建的重組自交系群體及其親本為材料，同時利用已構(gòu)建圖譜對該群體紫色胚芽鞘進行質(zhì)量性狀定位，以發(fā)掘影響小麥花青素色素沉積的關鍵位點，為紫色小麥的適應性研究提供基礎材料。

1 材料與方法

1.1 供試材料

小麥重組自交系群體（SC群體）167份，親本為人工合成六倍體小麥SHW－L1和四川審定推廣品種川麥32。人工合成小麥SHW－L1（AABBDD，2n＝42）是利用節(jié)節(jié)麥AS60（Ae.tauschii ssp.tauschii，DD，2n＝14）與我國特有圓錐小麥AS2255 （T.turgidumssp.turgidum，AABB，2n＝28）雜交后，F(xiàn)1（ABD）經(jīng)秋水仙堿染色體加倍處理所得［5］。該群體及其親本材料由四川農(nóng)業(yè)大學小麥研究所提供。

1.2 表型鑒定

將167份重組自交系群體、SHW－L1、川麥32、AS2255及AS60各選取10粒種子。每份材料置于10cm直徑的培養(yǎng)皿中，培養(yǎng)皿底置蒸餾水潤濕濾紙。將帶種子的培養(yǎng)皿置于光照培養(yǎng)箱中，4℃暗培養(yǎng)催芽36h，以促使各材料統(tǒng)一發(fā)芽。催芽后將光照培養(yǎng)調(diào)制15℃，光照設置為每天14h，待胚芽鞘完全抽出時，記錄胚芽鞘顏色。與親本SHW－L1相同顏色的表型記為A，與川麥32相同顏色的表型記為B。

1.3 標記－性狀分析

方差分析采用SPSS16.0分析軟件。重組自交系群體分析圖譜由1 862個標記位點構(gòu)成，其中SSR位點68個，DArT位點1 794個，圖譜全長3 766.9cM，平均標記密度為每個位點2cM［6］。標記－性狀連鎖分析采用Joinmap（version 4.0，Van Ooijen 2006）和mapmaker／EXP 3.0分析軟件。因標記數(shù)據(jù)量過大，最初采用Joinmap分析軟件確定與目標性狀關聯(lián)最緊密的連鎖群以完成紫色胚芽鞘的染色體定位，目標性狀與標記位點的遺傳距離分析采用mapmaker分析軟件。

1.4 目標性狀關聯(lián)位點親本驗證

利用1.3中發(fā)掘的連鎖區(qū)段內(nèi)位點對人工合成小麥SHW－L1及其親本進行基因型鑒定，以確定該區(qū)段在異源六倍化過程的穩(wěn)定性。DArT及SSR位點基因型鑒定方法參照文獻［6］。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥胚芽鞘的表型及定位

所有材料均在4℃催芽后整齊出苗，群體親本人工合成小麥SHW－L1為紫色胚芽鞘，審定品種川麥32為綠色胚芽鞘。SHW－L1的D基因組供體親本AS60胚芽鞘為紫色，AB基因組供體親本AS2255為綠色。重組自交系群體中，92個株系胚芽鞘顏色與SHW－L1一致，其余75個株系胚芽鞘顏色與川麥32一致。經(jīng)卡方檢驗，胚芽鞘顏色在SC群體中分離比例為1∶1，該目標性狀為復合單基因遺傳模式。

經(jīng)目標性狀染色體定位分析，胚芽鞘顏色與7D染色體上標記連鎖緊密。以重組自交系群體建立的圖譜中，7D染色體共包括324個標記位點，全長216cM，標記密度為每個位點0.67cM。目標性狀與88.4～107cM區(qū)段內(nèi)標記位點連鎖極為緊密，該區(qū)段內(nèi)22個位點與目標性狀相對遺傳距離均小于10cM（圖示）。

2.2 親本驗證目標性狀關聯(lián)位點

目的性狀關聯(lián)區(qū)段中包含2個SSR分子標記（cfd14和wmc653），20個DArT位點，其中DArT位點為顯性位點，cfd14和wmc653為共顯性位點。22個位點中，5個位點（wPt－744366、wPt－744612、wPt－742914、wPt－663809及wPt－744635）不符合孟德爾遺傳規(guī)律。這5個位點在AS 6 0中均能被檢測，但在SHW－L1中表現(xiàn)為缺失。其余位點的親本驗證結(jié)果表明皆符合孟德爾遺傳規(guī)律。

圖示 胚芽鞘顏色在7D染色體上的遺傳定位Fig. Genetic location of coleoptile color on chromosome 7D

3 結(jié)論與討論

小麥紫色胚芽鞘對小麥環(huán)境適應性非常重要。近等基因系材料比較試驗結(jié)果表明：胚芽鞘及果皮中色素與苗期抗旱性顯著相關［7］。此外，小麥胚芽鞘中花青苷積累還與抗凍性顯著相關［8］。因此，深入研究小麥紫色胚芽鞘遺傳機理意義重大。

控制小麥胚芽鞘顏色的目的基因主要被定為于染色體7A、7B和7D上，這3個基因經(jīng)精細定位，最終都定位于7號同源群的短臂上，分別命名為Rc－A1、Rc－B1和Rc－D1［9］。本研究中定位的目標性狀基因位點極有可能與Rc－D1具有等位性。目前，通過精細定位及近等基因系材料輔助，已獲得Rc－D1和與其緊密連鎖的Ra－D1（紫色葉耳基因）全長序列［10］。通過比較基因組學發(fā)現(xiàn)：位于7號同源群上的色素沉積相關基因與玉米基因C1和水稻基因OsC1高度同源。這2類基因都編碼了色素合成的Myb－like轉(zhuǎn)錄激發(fā)因子［11］。

目前對色素沉積基因在小麥中的轉(zhuǎn)錄方式、基因調(diào)控機理及表達器官皆有研究，但此類研究皆是利用Rc－A1基因進行。Ahmed等［12］利用中國春7A代換系及對照材料，比較紫色胚芽鞘材料及綠色胚芽鞘材料中的ABP結(jié)構(gòu)基因的表達活性。結(jié)果表明，Rc－A1基因可以激活Dfr、Ans和Ufgt3個結(jié)構(gòu)基因的表達。此外，多個與Rc－A1基因相同的顯性位點具有影響結(jié)構(gòu)基因表達活性的功能［13］。因此，深入剖析Rc－D1基因的表達活性及遺傳調(diào)控機理非常重要。

本研究發(fā)掘到的Rc－D1等位性標記位點，來源于D基因組供體AS60。AS60所屬亞種（Ae.tauschii ssp.Tauschii）被認為未參與小麥遺傳進化史，且該亞種具有優(yōu)異的農(nóng)藝性狀尚未被引入普通小麥種。本研究中目標性狀關聯(lián)區(qū)段5個位點在異源六倍化過程出現(xiàn)了非孟德爾模式的遺傳缺失現(xiàn)象，因此研究該基因在異源六倍化過程中的序列表達變化對小麥適應性進化史研究意義重大。

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（責任編輯：劉忠麗）

Genetic Mapping of Purple Coleoptile of Synthetic Hexaploid Wheat

GENG Xiaohong1，WU Yanshao1，YU Ma2＊
（1.Yuncheng Vocational and Technical College of Agriculture，Yuncheng，Shanxi 044000；2.School of Life Science and Engineering，Southwest University of Science and Technology，Mianyang，Sichuan621010，China）

To identify genetic locus associated with anthocyanin biosynthesis in wheat，the genetic mapping of purple coleoptile in synthetic hexaploid wheat of SHW－L1was performed based on 167 recombinant recombinant intercross lines（RILs）and a high density genetic map.The line of SHW－L1was derived from hybridization between T.turgidumssp.turgidum（AABB）and Ae.tauschii ssp.tauschii （DD）.The genotype of SHW－L1and its parent lines were also studied by the use of marker in a vicinity of locus for target trait.Results：The inheritance of purple coleoptile in RILs population followed a monogenic inheritance，and the genetic locus for target trait was located on chromosome 7D.The genetic loci in vicinity showed genetic elimination during allopolyploidy.

synthetic hexaploid wheat；genetic mapping；coleoptile color

S512.1；Q944

A

1001－3601（2016）07－0286－0011－03

2015－12－11；2016－06－09修回

四川省育種攻關項目“柴胡新品種選育及配套技術(shù)研究”（2011NZ0098－12－11）；西南科技大學博士基金項目“小麥雜種優(yōu)勢利用研究”（13ZX7155）

耿小紅（1965－），女，講師，碩士，從事小麥遺傳育種研究。E－mail：gengxiaohong126＠126.com

＊通訊作者：余 馬（1986－），男，講師，博士，從事作物遺傳育種研究。E－mail：yuwen0073＠126.com