黃淮麥區(qū)小麥種質資源矮稈基因分布及其與農藝性狀的關系

周曉變，趙 磊，陳建輝，陽 霞，王永彥，張香粉，閆雪芳，董中東，崔黨群，陳 鋒

(河南農業(yè)大學農學院/河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心/省部共建小麥玉米作物學國家重點實驗室，河南鄭州 450002)

黃淮麥區(qū)小麥種質資源矮稈基因分布及其與農藝性狀的關系

周曉變，趙 磊，陳建輝，陽 霞，王永彥，張香粉，閆雪芳，董中東，崔黨群，陳 鋒

(河南農業(yè)大學農學院/河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心/省部共建小麥玉米作物學國家重點實驗室，河南鄭州 450002)

為了進一步闡明多個矮稈基因的分布及其與小麥農藝性狀的關系，運用分子標記對來自我國黃淮麥區(qū)的246份小麥種質資源中6個矮稈基因位點( Rht1、 Rht2、 Rht4、 Rht8、 Rht9及 Rht12)分別進行了檢測，同時連續(xù)3年調查參試材料株高、穗長、穗下節(jié)長、小穗數(shù)、旗葉長、旗葉寬、穗粒數(shù)、粒長、粒寬和千粒重共10個農藝性狀，分析了不同矮稈基因位點對小麥農藝性狀的影響。結果表明，6個矮稈基因在黃淮麥區(qū)小麥中均具有廣泛分布，其中含有 Rht1和 Rht2基因的小麥品種分布最廣。分析矮稈基因位點對小麥農藝性狀的影響發(fā)現(xiàn)，在 Rht1位點， Rht1-B1a和 Rht1-B1b兩種基因型間的株高沒有顯著差異；在 Rht2位點，擁有 Rht2-D1b類型的小麥品種所有年份間的株高和穗下節(jié)長較低，但千粒重較高，為相對優(yōu)良的基因型。排除 Rht1和 Rht2基因效應后， Rht4、 Rht8、 Rht9和 Rht12位點對黃淮麥區(qū)小麥品種不同農藝性狀均具有重要影響，其中， Rht4基因位點主要對小麥株高和千粒重具有重要影響，且 Rht4-B1b類型為相對優(yōu)良的基因型； Rht8基因位點主要對小麥穗下節(jié)長、穗長和千粒重具有重要影響，且 Rht8-D1b類型為相對優(yōu)良的基因型； Rht9基因位點主要對小麥株高和千粒重具有重要影響，且 Rht9-A1a類型為相對優(yōu)良的基因型； Rht12基因位點主要對小麥千粒重和穗長具有重要影響，且 Rht12-A1a類型為相對優(yōu)良的基因型。進一步分析發(fā)現(xiàn)，6個位點中對株高影響最大的是 Rht2基因，其次是 Rht4基因；有4個位點( Rht1、 Rht2、 Rht8、 Rht12)對千粒重有顯著影響，其中 Rht2基因的影響最大。分析除 Rht1外其他5個位點優(yōu)良基因型在不同時期小麥品種中的分布發(fā)現(xiàn)，從早期歷史品種、近期歷史品種到現(xiàn)代品種，不同位點優(yōu)良基因型分布比例總體呈現(xiàn)上升趨勢，表明優(yōu)良矮稈基因型在黃淮麥區(qū)小麥品種選育中的利用逐漸增加，尤其是82.9%的現(xiàn)代小麥品種已含有 Rht2-D1b類型。

普通小麥；矮稈基因；分子標記；農藝性狀；優(yōu)良基因型

自20世紀60年代諾曼布勞格發(fā)起第一次“綠色革命”[1]，國內外相關學者對小麥矮稈基因的研究越來越多，且矮化育種已成為小麥高產育種的一個重要途徑。近年來，分子標記的迅速發(fā)展為重要功能基因的鑒定和篩選提供了便利，能夠縮短育種年限，加快育種進程。因此，分子標記輔助選擇與常規(guī)育種有機結合將成為今后小麥育種的主要發(fā)展方向。迄今為止，已報道和命名大量矮稈基因[2-3]，但是對生產影響較大且較常用的主要有 Rht1( Rht1-B1b)、 Rht2( Rht2-D1b)、 Rht3、 Rht4、 Rht8、 Rht9、 Rht10、 Rht12和 Rht17[4-6]。其中， Rht1( Rht1-B1b)和 Rht2( Rht2-D1b)是在農林10號中被發(fā)現(xiàn)，在矮化育種中應用最廣，分別定位于4BS與4DS染色體上[7-8]。進一步研究表明[9]， Rht1和 Rht2位點均包含多種等位變異，但主要有 Rht1-B1a和 Rht1-B1b、 Rht2-D1a和 Rht2-D1b，其中，擁有 Rht1-B1b和 Rht2-D1b類型的小麥品種株高較矮，綜合農藝性狀相對優(yōu)良。Ellis等[10]開發(fā)出了 Rht-B1b和 Rht-D1b的功能標記，可以明確的區(qū)分出 Rht-B1a和 Rht-B1b及 Rht-D1a和 Rht-D1b。 Rht4是從小麥品種Burt的后代BurtM937中鑒定出來的，定位在2BL染色體上，與標記WMC317緊密連鎖，在Vigour 18的后代中擴增出大小為150 bp的條帶，在Burt的后代中擴增出大小為170 bp的條帶[11]。 Rht8和 Rht9均來源于赤小麥，其中， Rht8位于2DL染色體上，與標記WMS261緊密連鎖[12-13]； Rht9位于5AL染色體上，與標記BARC151緊密連鎖，在川麥18中可以檢測到大小為230 bp的條帶，在Mara中檢測到大小為220 bp的條帶[11]。 Rht12來源于品種Karcagi的輻射突變體，位于5AL染色體上，與標記WMC410緊密連鎖，在Vigour 18的后代中擴增出大小為112 bp的條帶，在Mercia 12的后代中擴增出大小為114 bp的條帶[14]。國內外多名學者對不同矮稈基因的作用進行了分析，Ellis等[15]發(fā)現(xiàn)， Rht1-B1b、 Rht2-D1b、 Rht4、 Rht9和 Rht12在植物的早期生長過程中均能顯著降低株高。Asghar等[16]發(fā)現(xiàn)， Rht8對株高和其他農藝性狀均具有一定影響。Akman等[17]和Wang等[18]發(fā)現(xiàn)， Rht2-D1b和 Rht8分別能夠降低小麥株高的16%～30%和3.8%～12%，同時 Rht2-D1b能夠顯著降低植株節(jié)間長度。多個研究表明， Rht12既能顯著降低小麥株高與旗葉長，又與小麥開花期有關[19-21]。Guedira等[22]發(fā)現(xiàn)，美國軟粒冬小麥品種中， Rht1-B1b和 Rht2-D1b的分布頻率分別為28%和45%。Mccartney等[23]對小麥重要農藝性狀QTL定位發(fā)現(xiàn)，矮稈基因 Rht1-B1b和 Rht2-D1b與穗粒數(shù)和千粒重等農藝性狀的QTL位點相重合。綜上可知， Rht1-B1b與 Rht2-D1b除了對株高有影響外，對小麥千粒重等農藝性狀也有影響。

關于我國小麥品種的主要矮稈基因型分布的研究也取得了一定的進展。Zhang等[24]研究表明， Rht2-D1b和 Rht8在我國小麥品種中的分布頻率分別為45.5%與46.8%，是最為常見的2種基因型，而 Rht1-B1b所占頻率較低，僅為24.5%。Yang等[25]也發(fā)現(xiàn)，我國小麥品種中 Rht2-D1b的分布比例顯著大于 Rht1-B1b。林旭群等[26]和許 琦等[27]分別分析了 Rht1-B1b、 Rht2-D1b和 Rht8對株高的影響，結果表明， Rht2-D1b的降稈作用最大， Rht1-B1b次之， Rht8降稈作用最小，且3個基因的聯(lián)合降稈作用顯著大于2個基因，2個基因作用顯著大于單個基因。

前人研究大多數(shù)是對主要矮稈基因( Rht1-B1b、 Rht2-D1b和 Rht8等)在不同類型小麥品種中的分布進行檢測和效應分析，本試驗對黃淮麥區(qū)不同時期的小麥種質資源中6個矮稈基因位點( Rht1、 Rht2、 Rht4、 Rht8、 Rht9及 Rht12)進行了檢測，并對不同矮稈基因型與包括株高在內的多個小麥農藝性狀的關系進行多年度分析，以期闡明不同矮稈基因位點對小麥農藝性狀的影響，并篩選出農藝性狀相對優(yōu)良的矮稈基因型組合，為黃淮麥區(qū)進一步合理利用矮稈基因資源和培育高產小麥新品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗所用材料為來自于我國黃淮麥區(qū)當前主栽小麥品種、歷史品種和農家品種，共計246份。所有材料分別于2012-2013、2013-2014和2014-2015年度種植于河南農業(yè)大學鄭州科教園區(qū)，田間四周設保護行，采用完全隨機排列，常規(guī)田間管理。每個品種種植2行，行長2 m，行間距20 cm，株間距10 cm。農家品種采用防倒網支撐，所有材料均未有倒伏發(fā)生。小麥抽穗后(4月中下旬)，每個品種選取10株均勻一致、具有代表性的植株，在收獲前調查株高、穗長、穗下節(jié)長、可孕小穗數(shù)、不孕小穗數(shù)、旗葉長及旗葉寬(2013年收獲的材料未調查旗葉長和寬)。成熟后，選取上述標記的單株進行收獲、脫粒及室內考種，分別測量粒長(10粒總長)、粒寬(10?？倢?、穗粒數(shù)及千粒重。

1.2 DNA提取及PCR擴增

每個品種取3粒有代表性的種子，參照Chen等[28]的方法分別提取其基因組DNA。利用1.2%的瓊脂糖凝膠電泳以及紫外分光光度計檢測DNA的質量和濃度，并根據(jù)檢測結果將樣品DNA稀釋至濃度為50 ng·μL-1的工作液，置于-20 ℃條件下保存?zhèn)溆谩?/p>

用于鑒定 Rht1-B1a和 Rht1-B1b以及 Rht2-D1a和 Rht2-D1b的引物按照Ellis等[10]提供的序列進行合成。用于鑒定 Rht8與 Rht12的引物按照Korzun等[12,14]報道的序列進行合成。用于鑒定 Rht4與 Rht9位點的引物參照Ellis[11]公布的序列進行合成。上述具體引物序列見表1。

PCR反應體系：10×Taqbuffer 2.5 μL，10 mmol·L-1的dNTPs 0.5 μL，10 pmol·μL-1的引物各0.4 μL，2.5 U·μL-1的TaqDNA聚合酶0.4 μL，DNA模板2.0 μL，加ddH2O補足至25 μL。PCR擴增程序：95 ℃預變性5 min；94 ℃變性30 s，57～63 ℃退火30 s(詳見表1)，72 ℃延伸30 s，38個循環(huán)；72 ℃延伸10 min。擴增產物用1.5%的瓊脂糖凝膠進行電泳檢測，150 V的電壓下電泳30 min，經溴化乙錠染色，在凝膠成像系統(tǒng)掃描儀下觀察并照相。

1.3 統(tǒng)計分析

利用Excel 2007對不同基因型農藝性狀進行描述性統(tǒng)計及作圖，利用SPSS 19.0對不同基因型農藝性狀進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 黃淮麥區(qū)小麥品種不同位點矮稈基因型分布

各位點的檢測結果表明，共有242份材料含有 Rht1基因，其中，有140份材料為 Rht1-B1a 類型，占供試材料的56.19%，有102份材料為 Rht1-B1b類型，占供試材料的41.46%。共有242份材料含有 Rht2基因，其中，有86份材料為 Rht2-D1a類型，占供試材料的34.96%，有156份材料為 Rht2-D1b類型，占供試材料的63.41%。共有198份材料含有 Rht4基因。依據(jù)其擴增出的兩條不同帶型，進一步將 Rht4基因型分別命名為 Rht4-B1a(低帶型：150 bp)和 Rht4-B1b(高帶型：170 bp)，其中，有164份材料為 Rht4-B1b類型，占供試材料的66.67%，有34份材料為 Rht4-B1a類型，占供試材料的13.82%。共有175份材料含有 Rht8基因。依據(jù)其擴增出的兩條不同帶型，進一步 Rht8基因型分別命名為 Rht8-D1a(低帶型：165 bp)和 Rht8-D1b(高帶型：192 bp)，其中，有69份材料是 Rht8-D1a類型，占供試材料的28.05%，有106份材料是 Rht8-D1b類型，占供試材料的43.09%。共有183份材料含有 Rht9基因。依據(jù)其擴增出的兩條不同帶型，進一步將 Rht9基因型分別命名為 Rht9-A1a(低帶型：220 bp)和 Rht9-A1b(高帶型：230 bp)，其中，有100份材料為 Rht9-A1a類型，占供試材料的40.65%，有83份材料為 Rht9-A1b類型，占供試材料的33.74%。共有191份材料含有 Rht12基因。依據(jù)其擴增出的兩條不同帶型，進一步將 Rht12基因型分別命名為 Rht12-A1a(低帶型：114 bp)和 Rht12-A1b(高帶型：210 bp)，其中，有106份材料為 Rht12-A1a類型，占供試材料的43.09%，有85份材料為 Rht12-A1b類型，占供試材料的34.55%。

表1 檢測不同位點矮稈基因的引物序列及擴增條件Table 1 Primer sequences and their amplification conditions for identification of Rht genes in bread wheat

綜上所述，在246份供試材料中，有4份農家種小麥未發(fā)現(xiàn)任何矮稈基因(6個位點)，但有111份材料在這6個矮稈基因位點均呈現(xiàn)出植株相對較矮的等位基因型，占總供試材料的45.12%，表明矮稈基因在黃淮麥區(qū)小麥品種中已有廣泛應用。

2.2黃淮麥區(qū)小麥品種不同位點矮稈基因型對農藝性狀的影響

由表2可以看出，在 Rht1位點， Rht1-B1a與 Rht1-B1b類型的小麥品種在株高等多個農藝性狀上均沒有顯著差異。在 Rht2位點， Rht2-D1a類型小麥品種的株高和穗下節(jié)長在所有年份均顯著高于 Rht2-D1b類型，而千粒重卻顯著低于 Rht2-D1b類型； Rht2-D1a類型小麥品種的旗葉長在部分年份顯著高于 Rht2-D1b類型，而粒長和粒寬卻顯著低于 Rht2-D1b類型。在 Rht4位點， Rht4-B1a類型小麥品種的株高、穗下節(jié)長、穗粒數(shù)與旗葉長在部分年份顯著高于 Rht4-B1b類型。在 Rht8位點， Rht8-D1a類型小麥品種的穗長在所有年份均顯著高于 Rht8-D1b類型，而穗粒數(shù)、株高、旗葉長僅在部分年份顯著高于 Rht8-D1b類型； Rht8-D1a類型小麥品種的千粒重在部分年份顯著低于 Rht8-D1b類型。在 Rht9位點， Rht9-A1a與 Rht9-A1b類型小麥品種各農藝性狀差異在所有年份均不顯著。在 Rht12位點， Rht12-A1a類型小麥品種的穗長在所有年份均顯著低于 Rht12-A1b類型，而小穗數(shù)和旗葉長僅在部分年份顯著低于 Rht12-A1b類型； Rht12-A1a類型小麥品種的粒寬和千粒重在部分年份顯著高于 Rht12-A1b類型。未發(fā)現(xiàn)任何矮稈基因(6個位點)的小麥品種的株高、穗長及穗下節(jié)長在所有年份間均顯著高于其他含有矮稈基因的小麥品種，小穗數(shù)(除2013年外)、穗粒數(shù)和千粒重均顯著低于其他含有矮稈基因的小麥品種。

表2 不同位點矮稈基因型間農藝性狀的比較Table 2 Comparison of agronomic traits of cultivars with different Rht genes

N：所檢測的6個位點不含矮稈基因；數(shù)據(jù)后不同字母表示等位變異的農藝性狀差異在0.05水平上顯著；*表示與含有矮稈基因小麥品種的農藝性狀差異在0.05水平上顯著。下同。

N:No dwarf gene at the six loci; Different letters following data show the difference of agronomic traits was significant at 5% probability level between allelic variations;* indicated the difference of agronomic traits was significant at 5% probalility level among the cultivars not containing dwarf genes and the cultivars containing dwarf genes;PH:Plant height; SL:Spike length; PL:Peduncle length; SNS:Spikelet number per spike; FLL:Flag leaf length; FLW:Flag leaf width; KNS:Kernel number per spike; KL:Kernel length; KW:Kernel width; TKW:Thousand-kernel weight.The same below.

表3 各年份不同位點矮稈基因組合間農藝性狀的比較Table 3 Comparison of agronomic traits of cultivars with different Rht gene combinations in three years

(續(xù)表3 Continued table 3)

從以上結果可知， Rht2、 Rht4、 Rht8對參試的黃淮麥區(qū)小麥品種株高均有一定影響，其中，影響最明顯的是 Rht2基因； Rht1、 Rht2、 Rht8、 Rht12對參試的黃淮麥區(qū)小麥品種千粒重均有一定影響，其中，影響最明顯的也是 Rht2基因。

2.3Rht1/Rht2基因組合對農藝性狀的影響

本研究將 Rht1與 Rht2位點不同基因型進行組合，共得到 Rht1-B1a/ Rht2-D1a、 Rht1-B1a/ Rht2-D1b、 Rht1-B1b/ Rht2-D1a及 Rht1-B1b/ Rht2-D1b四種組合類型。其中 Rht1-B1a/ Rht2-D1b組合類型所占比例較高，共有109份，占45.04%；其次為 Rht1-B1b/ Rht2-D1a類型，共55份，占22.73%； Rht1-B1b/ Rht2-D1b和 Rht1-B1a/ Rht2-D1a類型分別為47份和31份，所占比例分別為19.42%和12.81%。進一步分析4種不同組合類型對黃淮麥區(qū)小麥農藝性狀的影響，結果(表3)表明，各年份部分基因型的株高、穗長、穗下節(jié)長、小穗數(shù)、粒長、旗葉長、千粒重之間具有顯著差異。其中， Rht1-B1b/ Rht2-D1b和 Rht1-B1a/ Rht2-D1b類型小麥品種的株高在調查的所有年份均顯著低于 Rht1-B1b/ Rht2-D1a與 Rht1-B1a/ Rht2-D1a類型小麥品種， Rht1-B1a/ Rht2-D1a類型小麥品種三年間均表現(xiàn)出最高的株高； Rht1-B1b/ Rht2-D1b和 Rht1-B1a/ Rht2-D1b類型小麥品種的千粒重在所有年份間均高于 Rht1-B1b/ Rht2-D1a與 Rht1-B1a/ Rht2-D1a類型小麥品種，其中在2014和2015年度差異均達顯著水平。

2.4Rht1和Rht2位點基因型相同的情況下Rht4、Rht8、Rht9和Rht12位點對黃淮麥區(qū)小麥品種農藝性狀的影響

由前人研究得知， Rht1和 Rht2的效應較大(但在本試驗 Rht1效應較小)，為了進一步分析去除掉 Rht1和 Rht2效應之后 Rht4、 Rht8、 Rht9和 Rht12位點對黃淮麥區(qū)小麥品種農藝性狀的影響，本研究分析了具有相同 Rht1/ Rht2組合但 Rht4、 Rht8、 Rht9或 Rht12位點基因型不同的小麥品種農藝性狀間的差異，結果詳見表3。 Rht4位點的分析結果表明，在 Rht1-B1a/ Rht2-D1a和 Rht1-B1b/ Rht2-D1b 兩個基因組合位點， Rht4-B1b類型小麥品種株高在所有年份間均顯著低于 Rht4-B1a類型的品種，但前者的千粒重在所有年份間則均顯著高于后者；另外，在 Rht1-B1a/ Rht2-D1a基因型組合位點，兩種基因型小麥品種部分年份間的粒長、粒寬和穗下節(jié)長存在顯著差異；在 Rht1-B1b/ Rht2-D1b基因型組合位點，兩種基因型小麥品種部分年份間的小穗數(shù)、穗粒數(shù)存在顯著差異。 Rht8位點分析的結果表明，在 Rht1-B1a/ Rht2-D1a和 Rht1-B1a/ Rht2-D1b 兩個基因組合位點， Rht8-D1a類型小麥品種穗下節(jié)長和穗長在所有年份間均顯著高于 Rht8-D1b類型的品種；在 Rht1-B1a/ Rht2-D1b、 Rht1-B1b/ Rht2-D1a和 Rht1-B1b/ Rht2-D1b 三個基因組合位點， Rht8-D1b類型小麥品種千粒重在所有年份均高于 Rht8-D1a類型的品種，其中大部分年份間差異達到了顯著水平。 Rht9位點分析結果表明，在 Rht1-B1a/ Rht2-D1a和 Rht1-B1b/ Rht2-D1b 兩個基因組合位點， Rht9-A1a類型小麥品種株高在所有年份間均顯著低于 Rht9-A1b類型的品種；在 Rht1-B1b/ Rht2-D1a基因組合位點， Rht9-A1a類型小麥品種千粒重在所有年份間均顯著高于 Rht9-A1b類型的品種。 Rht12位點分析結果表明，在 Rht1-B1a/ Rht2-D1a、 Rht1-B1a/ Rht2-D1b和 Rht1-B1b/ Rht2-D1b基因組合位點， Rht12-A1a類型小麥品種千粒重在所有年份間均高于 Rht12-A1b類型的品種，且在2015年度達到了顯著水平；另外，在 Rht1-B1b/ Rht2-D1a和 Rht1-B1b/ Rht2-D1b基因組合位點， Rht12-A1a類型小麥品種穗長均短于 Rht12-A1b類型的品種，且在2013和2015年度達到了顯著水平。

因此，可以看出，排除 Rht1和 Rht2基因效應后， Rht4、 Rht8、 Rht9和 Rht12位點對黃淮麥區(qū)小麥品種不同農藝性狀均具有重要影響，其中 Rht4基因位點主要對小麥株高和千粒重具有重要影響，且 Rht4-B1b類型為相對優(yōu)良的基因型； Rht8基因位點主要對小麥穗下節(jié)長、穗長和千粒重具有重要影響，且 Rht8-D1b類型為相對優(yōu)良的基因型； Rht9基因位點主要對小麥株高和千粒重具有重要影響，且 Rht9-A1a類型為相對優(yōu)良的基因型； Rht12基因位點主要對小麥千粒重和穗長具有重要影響，且 Rht12-A1a類型為相對優(yōu)良的基因型。

2.5 不同矮稈基因位點優(yōu)良基因型分布

根據(jù)上述分析結果，可以看出不同矮稈基因位點的相對優(yōu)良基因型分別為 Rht2-D1b、 Rht4-B1b、 Rht8-D1b、 Rht9-A1a和 Rht12-A1a。依據(jù)參試小麥品種審定時間，分別將其分為早期歷史品種(1980年之前審定)、近期歷史品種(1980-2000之間審定)和現(xiàn)代品種(2000之后審定)，其樣品數(shù)分別為40份、107份和70份,剩余材料為農家種或引進品種，因為數(shù)目較少，未作更多分析。進一步分析5個矮稈位點優(yōu)良基因型在不同時期小麥品種中的分布，結果(圖1)表明，從早期歷史品種、近期歷史品種到現(xiàn)代品種，5個位點優(yōu)良基因型分布比例大多呈現(xiàn)上升趨勢，尤其是 Rht2-D1b類型分布比例上升幅度最大，從48.8%(早期歷史品種)、59.8%(近期歷史品種)到82.9%(現(xiàn)代品種)，表明5個矮稈基因位點在黃淮麥區(qū)小麥品種的利用均在逐漸增加，尤其是 Rht2位點的優(yōu)良基因型在黃淮麥區(qū)的絕大多數(shù)現(xiàn)代品種中均已含有。

圖1 不同時期小麥品種中5個矮稈基因位點優(yōu)良基因型的分布頻率

3 討 論

自20世紀60年代農林10號中 Rht1( Rht1-B1b)和 Rht2( Rht2-D1b)基因運用到小麥育種并取得顯著效果以來，矮稈基因的研究在全世廣泛開展。矮稈在小麥育種中的推廣和應用，不僅降低了小麥株高，還大幅度提高了小麥產量。隨著矮稈基因研究的逐步深入，越來越多的矮稈基因被定位和克隆[9,11,29]，但前人研究多集中在對 Rht1和 Rht2的研究，本試驗則全面地分析了 Rht1、 Rht2、 Rht4、 Rht8、 Rht9與 Rht12這6個位點矮稈基因在黃淮麥區(qū)小麥中的分布及其對多個農藝性狀的影響。據(jù)Evans等[30]調查，全世界小麥品種中約有70%以上攜帶有 Rht1-B1b或 Rht2-D1b。我國小麥品種中，矮稈基因分布較廣的是 Rht1-B1b、 Rht2-D1b及 Rht8[31-32]。前人關于 Rht4、 Rht9與 Rht12這三個位點的基因研究相對較少。因此，進一步更為全面地了解不同矮稈基因的分布，并闡明其對小麥農藝性狀的影響，可為高產小麥育種提供有價值的信息。本試驗檢測的246份小麥品種不同位點矮稈基因分布表明，攜帶 Rht1與 Rht2的小麥品種分布最為廣泛，6個位點均不含有矮稈基因的小麥品種分布比例最低，主要集中在1980年之前審定的早期歷史品種。Zhang等[24]和慕美財?shù)萚34]研究發(fā)現(xiàn)， Rht1與 Rht2位點的 Rht1-B1b與 Rht2-D1b在我國小麥品種中分布均較為廣泛。本試驗除了發(fā)現(xiàn) Rht1與 Rht2基因在我國黃淮麥區(qū)小麥品種中具有廣泛分布外，還發(fā)現(xiàn) Rht4、 Rht8、 Rht9與 Rht12基因在黃淮麥區(qū)小麥品種中也具有廣泛分布。

通過分析不同位點矮稈基因對黃淮麥區(qū)小麥品種農藝性狀的影響，結果發(fā)現(xiàn)，對株高影響最大的是 Rht2基因，其次是 Rht4基因。進一步分析其對千粒重的影響，發(fā)現(xiàn)所調查的6個矮稈基因位點中，有4個位點( Rht1、 Rht2、 Rht8、 Rht12)對黃淮麥區(qū)小麥千粒重有顯著影響(部分年份間差異達到顯著水平)，攜帶以上位點優(yōu)異基因型的材料至少一年的千粒重差異達到顯著水平，其中， Rht2基因的影響最大，調查的所有年份間差異均達到了顯著水平。同時發(fā)現(xiàn)， Rht4基因主要對小麥株高和千粒重具有重要影響， Rht8基因主要對小麥穗下節(jié)長、穗長和千粒重具有重要影響， Rht12基因主要對小麥千粒重和穗長具有重要影響，且相對優(yōu)良基因型分別為 Rht2-D1b、 Rht4-B1b、 Rht8-D1b 和 Rht12-A1a。因此， Rht4、 (〗Rht8、)〗 Rht12可能是直接控制株高的微效基因或者與控制株高的主效基因產生互作進而間接影響株高，其調控機制有待進一步深入研究。分析優(yōu)良基因型在不同時期小麥品種中的分布可以得出，大多數(shù)優(yōu)良基因型在黃淮麥區(qū)小麥品種中的利用頻率從早期歷史品種到現(xiàn)代品種均呈現(xiàn)上升趨勢，還發(fā)現(xiàn)黃淮麥區(qū)現(xiàn)代小麥品種中絕大多數(shù)品種已經擁有 Rht2-D1b(82.9%)和 Rht4-B1b(70.0%)兩種優(yōu)良基因型。因此，今后對黃淮麥區(qū)小麥品種產量相關性狀進行改良時，應優(yōu)先考慮效應相對較大的 Rht2-D1b和 Rht4-B1b兩種基因型，但由于絕大多數(shù)小麥品種已經含有這兩種基因型，所以還應進一步考慮利用 Rht8-D1b 和 Rht12-A1a這兩種優(yōu)良基因型。同時，在黃淮麥區(qū)小麥育種中，若以提高千粒重為主要育種目標，可優(yōu)先重點考慮利用 Rht2-D1b、 Rht1-B1a、 Rht8-D1b和 Rht12-A1a四種優(yōu)良基因型；若以降低株高為主要改良目標，可主要考慮 Rht2-D1b 和 Rht4-B1b兩種優(yōu)良基因型；若以增加穗長為主要育種目標，可主要考慮 Rht8-D1b 和 Rht12-A1a兩種優(yōu)良基因型。

由于不同基因間常常存在互作效應，本研究還分析了 Rht1和 Rht2矮稈基因組合的分布及其對農藝性狀的影響，發(fā)現(xiàn) Rht1-B1a/ Rht2-D1b組合類型在黃淮麥區(qū)小麥品種中分布頻率最高，達到了45.0%，其余三種組合類型 Rht1-B1a/ Rht2-D1a、 Rht1-B1b/ Rht2-D1a、 Rht1-B1b/ Rht2-D1b盡管也有一定分布，但比例分別僅為12.8%、22.7%和19.4%，這與梁 丹等[35]的研究結果相一致。這可能是由于 Rht1-B1a和 Rht2-D1b分別在 Rht1和 Rht2位點是相對優(yōu)良的基因型，而在小麥育種過程中這兩種優(yōu)良基因型經歷人工選擇造成的。 Rht1-B1a/ Rht2-D1b與 Rht1-B1b/ Rht2-D1b類型的小麥品種具有更低的株高和更高的千粒重，具有相對優(yōu)良的綜合農藝性狀，可考慮在黃淮麥區(qū)小麥育種中利用。

由于農藝性狀受環(huán)境影響較大，不同地區(qū)或單位的育種目標也不盡相同，本試驗研究分析了6個矮稈基因位點對黃淮麥區(qū)小麥品種農藝性狀的影響，并找到了相對優(yōu)良的優(yōu)異基因型或基因型組合，但在針對具體需要改良的農藝性狀時，還需要結合田間表型及其他基因位點的效應進行綜合選擇。

[1]KHUSH G S．Green revolution：The way forward [J].NatureReviewsGenetics,2001,2:815.

[2]MCINTOSH R A,DUBCOVSKY J,ROGERS W J,etal.Catalogue of gene symbols for wheat.2013-2014 supplement [ER/OL].[2015-04-09](2016-10-10).http://www.shigen.nig.ac.Jp/wheat/komugi/genes/symbolClassList.jsp.

[3]CHEN S L,GAO R H,WANG H Y,etal.Characterization of a novel reduced height gene ( Rht23) regulating panicle morphology and plant architecture in bread wheat [J].Euphytica,2015,203:583.

[4]ELLIS M H,REBETZKE G J,CHANDLER P,etal.The effect of different height reducing genes on the early growth of wheat [J].FunctionalPlantBiology,2004,31:583.

[5] 趙 和.小麥矮稈基因研究和利用性狀[J].河北農業(yè)科學,2008,8(4):96.

ZHAO H.Advances in researches and applications of dwarfing genes in wheat [J].JournalofHebeiAgriculturalSciences,2008,8(4):96.

[6]CASEBOW R,HADLEY C,UPPAL R,etal.Reduced height(Rht) alleles affect wheat grain quality [J].PLoSOne,2016,11(5):e0156056.

[7]GALE M D,LAW C N,WORLAND A J.The chromosomal location of a major dwarfing gene from Norin 10 in British semi-dwarf wheats [J].Heredity,1975,35:417.

[8]GALE M D,MARSHALL G A.The chromosomal location ofGailand Rht1 genes for gibberellins insensitivity and semi-dwarfism,in a derivative of Norin 10 wheat [J].Heredity,1976,37:283.

[9]PENG J R,RICHARDS D E,HARTLEY N H,etal.‘Green revolution’ genes encode mutant gibberellin response modulators [J].NatureReviewsGenetics,1999,400(6731):256.

[10]ELLIS M H,SPIELMEYER W,GALE R,etal.“Perfect” markers for the Rht-B1b and Rht-D1b dwarfing genes in wheat [J].TheoreticalandAppliedGenetics,2002,105(6):1038.

[11]ELLIS M H,REBETZKE G J,AZANZA F.Molecìlar mapping of gibberell in-responsive dwarfing genes in bread wheat [J].TheoreticalandAppliedGenetics,2005,111:423.

[12]KORZUN V,RODER M S,GANAL M W,etal.Genetic analysis of the dwarfing gene (Rht8) in wheat.Part I.Molecular mapping of Rht8 on the short arm of chromosome 2D of bread wheat (TriticumaestivumL.) [J].TheoreticalandAppliedGenetics,1998,96:1104.

[13]WORLAND A J,KORZUN V,RODER M S,etal.Genetic analysis of the dwarfing gene( Rht8) in wheat.Part II.The distribution and adaptive significance of allelic variants at the Rht8 locus of wheat as revealed by microsatellite screening [J].TheoreticalandAppliedGenetics,1998,96:1110.

[14]KORZUN V,RODER M,WORLAND A J,etal.Intrachromosomal mapping of genes for dwarfing ( Rht1) and vernalization response ( Vrn1) in wheat using RFLP and microsatellite markers [J].PlantBreeding,1997,116:227.

[15]ELLIS M H,REBETZKE G J,CHANDLER P,etal.The effect of different height reducing genes on the early growth of wheat [J].FunctionalPlantBiology,2004,31:583.

[16]ASGHAR B G,LI C,HU Y G.The effects of dwarfing gene Rht-8 on plant height and other agronomic traits in common wheat [J].AgriculturalResearchintheAridAreas,2014,32(1):252.

[17]AKMAN H,BRUCKNER P.Marker assisted selection for Rht8 and Rht-D1b dwarfing genes in winter wheat breeding program [J].NewBiotechnology,2012,29:S139.

[18]WANG Y S,CHEN L,DU Y Y,etal.Genetic effect of dwarfing gene Rht13 compared with Rht-D1b on plant height and some agronomic traits in common wheat (TriticumaestivumL.) [J].FieldCropsResearch,2014,162:39.

[19]WORLAND A J,SAYERS E J,BORNER A.The genetics and breeding potential of Rht12,a dominant dwarfing gene in wheat [J].PlantBreeding,1994,113(3):187.

[20]WOJCIECHOWSKI T,GOODING M J,RAMSAY L,etal.The effects of dwarfing genes on seedling root growth of wheat [J].JournalofExperimentalBotany,2009,60(9):2565.

[21]CHEN L,PHILLIPS A L,CONDON A G,etal.GA-responsive dwarfing gene Rht12 affects the developmental and agronomic traits in common bread wheat [J].PloSOne,2013,8(4):e62285.

[22]GUEDIRA M,BROWN-GUEDIRA G,VAN SANFORD D,etal.Distribution ofRhtgenes in modern and historic winter wheat cultivars from the eastern and central USA [J].CropScience,2010,50(5):1811.

[23]MCCARTNEY C A,SOMERS D J,LUKOW O,etal.QTL analysis of quality traits in the spring wheat cross RL4452בAC Domain’ [J].PlantBreeding,2007,11(29):2607.

[24]ZHANG X K,YANG S J,ZHOU Y,etal.Distribution of the Rht-B1b, Rht-D1b and Rht8 reduced height genes in autumn-sown Chinese wheats detected by molecular markers [J].Euphytica,2006,152:109.

[25] 楊松杰,張曉科,何中虎,等.用STS標記檢測矮稈基因 Rht-B1b和 Rht-D1b在中國小麥中的分布[J].中國農業(yè)科學,2006,39(8):1680.

YANG S J,ZHANG X K,HE Z H,etal.Distribution of dwarfing genes Rht-B1b and Rht-D1b in Chinese bread wheats detected by STS marker [J].ScientiaAgriculturaSinica,2006,39(8):1680.

[26] 林旭群,李韻芳,魯 璐,等.小麥矮稈基因 Rht-B1b、 Rht-D1b、 Rht8的檢測及其對株高的影響[J].應用與環(huán)境生物學報,2014,20(1):80.

LIN X Q,LI Y F,LU L,etal.Identification of wheat dwarfing genes Rht-B1b, Rht-D1b, Rht8 and their effects on plant height [J].ChineseJournalofAppliedandEnvironmentalBiology,2014,20(1):80.

[27] 許 琦,楊 娜,柴永峰,等.中國小麥主要矮稈基因的分布及其對株高的影響[J].西北農業(yè)學報,2014,23(5):59.

XU Q,YANG N,CHAI Y F,etal.Distribution and impact on plant height of major wheat dwarfing genes in China [J].ActaAgriculturaeBoreali-occidentalisSinica,2014,23(5):59.

[28]CHEN F,XU H X,ZHANG F Y,etal.Physical mapping of puroindoline b-2 genes and molecular characterization of a novel variant in durum wheat(TriticumturgidumL.) [J].MolecularBreeding,2011,28:153.

[29]PEARCE S,SAVILL R,VAUGHAN S P,etal.Molecular characterization of Rht-1 dwarfing genes in hexaploid wheat [J].PlantPhysiology,2011,157(4):1820.

[30]EVANS L T.Feeding the ten billion:Plant and population growth [J].TheQuarterlyReviewofBiology,2000,75:2.

[31] 郭保宏,宋春華,賈繼增．我國小麥品種的 Rht1、 Rht2矮稈基因鑒定及分布研究[J]．中國農業(yè)科學,1997,30(5)：56．

GUO B H,SONG C H,JIA J Z.Distribution and detection of dwarf genes Rht1 and Rht2 in wheat in China [J].ScientiaAgriculturaSinica,1997,30(5):56.

[32] 唐 娜,李 博,閔 紅,等.分子標記檢測矮稈基因 Rht-B1b和 Rht-D1b及 Rht8在我國小麥中的分布[J].中國農業(yè)大學學報,2012,17(4)：21.

TANG N,LI B,MIN H,etal.Distribution of dwarfing genes Rht-B1b, Rht-D1b and Rht8 in Chinese breed wheat cultivars detected by molecular markers [J].JournalofChinaAgriculturalUniversity,2012,17(4):21.

[33] 張德強,宋曉朋,馮 潔,等.黃淮麥區(qū)小麥品種矮稈基因 Rht-B1b、 Rht-D1b和 Rht8的檢測及其對農藝性狀的影響[J].麥類作物學報,2016,36(8)：975.

ZHANG D Q,SONG X P,FENG J,etal.Detection of dwarf genes Rht-B1b, Rht-D1b and Rht8 in Huang-huai valley winter wheat areas and their influences on agronomic characteristics [J].JournalofTriticeaeCrops,2016,36(8):971.

[34] 慕美財,劉 勇,郭小麗,等.山東小麥品種中矮稈基因 Rht-B1b、 Rht-D1b分布的分子鑒定[J].分子植物育種,2005,3(4)：473.

MU M C,LIU Y,GUO X L,etal.Distribution of Rht-B1b and Rht-D1b in wheat cultivars in Shandong detected by molecular markers [J]．MolecularPlantBreeding,2005,3(4):473.

[35] 梁 丹,楊芳萍,何中虎,等.利用STS標記檢測CIMMYT小麥品種(系)中 Lr34/Yr18、 Rht-B1b和 Rht-D1b基因的分布[J].中國農業(yè)科學,2009,42(1):17.

LIANG D,YANG F P,HE Z H,etal.Characterization of Lr34/Yr18, Rht-B1b, Rht-D1b genes in CIMMYT wheat cultivars and advanced lines using STS markers [J].ScientiaAgriculturaSinica,2009,42(1):17.

DistributionofDwarfGenesandTheirAssociationwithAgronomicTraitsinBreadWheatfromtheYellowandHuaiWheatRegion

ZHOUXiaobian,ZHAOLei,CHENJianhui,YANGXia,WANGYongyan,ZHANGXiangfen,YANXuefang,DONGZhongdong,CUIDangqun,CHENFeng
(Agronomy College,Henan Agricultural University/Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops/National Key Laboratory of Wheat and Maize Crop Science,Zhengzhou,Henan 450002,China)

Identification of distribution of dwarf genes and their influence on agronomic traits in bread wheat could contribute to reasonable use of dwarf genes and could provid evaluable information for wheat breeding program. Different molecular markers at sixRhtloci ( Rht1, Rht2, Rht4, Rht8, Rht9 and Rht12) were used to detect distribution of dwarf genes in 246 common wheat from the Yellow and Huai wheat region.A total of ten agronomic traits,including plant height,spike length,peduncle length,spikelet number per spike,flag leaf length,flag leaf width,kernel number per spike,kernel length,kernel width and thousand-kernel weight were investigated for three years and their relationship with theRhtloci were analyzed. The results showed that six dwarf genes showed an extensive distribution in the Yellow and Huai wheat region,especially for the Rht1 and Rht2 genes. Association analysis of the six dwarf genes with the ten agronomic traits in bread wheat showed that at Rht1 locus cultivars with Rht1-B1a and Rht1-B1b alleles did not show significant difference for plant height. At Rht2 locus,cultivars with Rht2-D1b had significantly lower plant height,peduncle length but higher thousand-kernel weight in the three years,suggesting that Rht2-D1b is the superior allele. Excluding the effect of Rht1 and Rht2 genes,due to their strong influence on agronomic traits,the four loci of Rht4, Rht8, Rht9 and Rht12 had also important effects on different agronomic traits in wheat cultivars from the Yellow and Huai valley. Among the four loci, Rht4 played an important role in plant height and thousand-kernel weight and thus Rht4-B1b is the relatively superior allele; Rht8 had important effects on spike length,peduncle length and thousand-kernel weight and thus Rht8-D1b is the relatively superior allele; Rht9 had important effects on plant height and thousand-kernel weight and thus Rht9-A1a is the relatively superior allele; Rht12 had important effects on spike length and thousand-kernel weight and thus Rht12-A1a is the superior allele. Further analysis showed that Rht2 showed the most important effect on plant height among the six loci,which was followed by Rht4. Four ( Rht1, Rht2, Rht8 and Rht12) of the six loci showed significant effect on thousand-kernel weight,of which Rht2 also showed the most significant effect.Analysis of the distribution of the six superior alleles in cultivars from different periods indicated percentage of the superior alleles generally increased from early historical cultivars,recent historical cultivars to modern cultivars in the Yellow and Huai valley,and especially 82.9% of modern cultivars had Rht2-D1b.

Bread wheat; Dwarf genes; Molecular marker; Agronomic traits; Superior alleles

時間：2017-08-08

網絡出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170808.0911.002.html

2017-01-13

2017-06-12

國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFD101802)；河南省科技創(chuàng)新杰出青年基金項目(174100510001)；河南省重大科技專項(161100110500)；河南省高?？萍紕?chuàng)新團隊項目(14IRTSTHN010)

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陳 鋒(E-mail：chf0088@163.com)

S512.1；S330

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