調(diào)控小麥重要農(nóng)藝性狀基因的染色體定位

王付娟，劉書含，劉陸萍2，任永哲2，李淑梅

(1.信陽農(nóng)林學(xué)院農(nóng)學(xué)院,河南 信陽 464000;2.商丘師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，河南 商丘 476000)

小麥?zhǔn)侨澜缱钪匾募Z食作物，在世界上分布極廣，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，國內(nèi)外學(xué)者、專家已由原來的農(nóng)作物基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)向分子生物學(xué)的研究，主要從事農(nóng)藝性狀、品質(zhì)等方面的抗逆性等數(shù)量性狀的研究，數(shù)量性狀基因在染色體上的位置稱為數(shù)量性狀基因座位(quantitative trait locus,QTL)[1]，數(shù)量性狀是由許多微效基因控制的，表現(xiàn)連續(xù)變異，表現(xiàn)型與基因型之間不存在明確的對應(yīng)關(guān)系，極易受環(huán)境因素的影響。目前，已有一些在不同小麥遺傳背景下不同數(shù)量性狀QTL的定位研究，例如：在波蘭小麥×普通小麥品系中13重組自交系群體中，檢測到分布在2 A、3 A、3 B、5 B和7 B染色體上的6個穗長QTL，5個穗粒數(shù)QTL和2個有效小穗數(shù)QTL[2]。在小偃54×京411重組自交群體中，檢測到4個調(diào)控小麥苗期性狀的14個QTL位點，分布于7條染色體上[3]?？刂茊沃晁霐?shù)的基因可能位于1 AS、2 BS、2 DS[4]，小麥穗長、小穗數(shù)、穗粒數(shù)受微效多基因控制，無主基因存在[5]，7個影響株高的QTL分別位于染色體1 B、4 B(2個)、6 A(2個)、6 D和7 A上[6]。

雖然運用QTL定位技術(shù)對小麥農(nóng)藝性狀的染色體定位已經(jīng)有了一些報道，但總的來說相關(guān)研究還不多見，且在不同遺傳背景下會定位到不同的染色體上。本研究旨在探討小麥重要農(nóng)藝性狀株高、穗長和穗數(shù)基因的染色體定位，為利用分子標(biāo)記輔助選育性狀優(yōu)良的小麥新品種提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

本試驗選用“中國春-人工合成小麥”染色體代換系作為供試材料，染色體代換系是由供體品種人工合成小麥的21條染色體導(dǎo)入受體品種中國春所產(chǎn)生。

1.2 試驗設(shè)計

大田試驗在本課題組高產(chǎn)試驗田進(jìn)行，播前選取健壯、飽滿、各品種大小一致的小麥種子，每個品種30粒。試驗于2012年10月15日播種，小區(qū)種植，行長1.5 m，行距為25 cm，株距為5 cm。常規(guī)栽培管理，力求均勻一致，及時防治病蟲害,于2013年6月初調(diào)查相關(guān)農(nóng)藝性狀并收獲。

1.3 指標(biāo)測定

株高：取整株小麥，從根莖交接處至麥芒頂端，并將植株捋至與尺子平行，測量其長度，每個系3個重復(fù)。

穗長：取小麥穗，從穗莖交接處至麥芒頂端，并將麥穗捋至與尺子平行，測量其長度，每個系6個重復(fù)。

穗數(shù)：取單株小麥，以其穗中有無籽粒為標(biāo)準(zhǔn)，測量其穗數(shù)數(shù)量，每個系10個重復(fù)。

1.4 統(tǒng)計分析

利用Excel 2003軟件和SPSS 11.0軟件進(jìn)行顯著性檢驗和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 重要農(nóng)藝性狀株高的染色體定位

自然生長條件下，在3 A、4 A、6 A、1 B、3 B、7 B、6 D和7 D染色體上可能有調(diào)控小麥農(nóng)藝性狀株高的位點，代換系3 A-2、4 A-2、1 B-2、2 B-2、7 B-2和7 D-1與中國春的差異達(dá)顯著水平，代換系6 A-1、6 A-2、6 D-1和7 D-2與中國春的差異達(dá)極顯著水平。6 A和7 D兩組代換系重復(fù)性較好，6 A-1和6 A-2兩代換系株高較中國春分別增加了10.91%和8.20%，7 D-1和7 D-2兩代換系株高較中國春增加了8.29%和9.52%，差異顯著，6 A和7 D染色體上可能有對株高有上調(diào)作用的調(diào)控位點。1 B-2代換系的株高最高，比中國春增加了16.6 cm，且差異達(dá)到顯著水平，1 B-1代換系的株高比中國春增加了11.1 cm，但與中國春相比差異不顯著。4 A-2代換系的株高最低，比中國春減少了5.2 cm，且差異達(dá)顯著水平，4 A-1代換系的株高比中國春減少了4.1 cm，但與中國春相比差異不顯著。

2.2 重要農(nóng)藝性狀穗長的染色體定位

在1 B、2 B、1 D、2 D、5 A、6 A、6 D和7 D染色體上可能存在調(diào)控小麥穗長的位點，代換系1 B-1、1 B-2、1 D-1、2 D-1和2 D-2與中國春的差異達(dá)顯著水平，代換系5 A-2、6 A-1、2 B-2、6 D-1和7 D-2與中國春的差異達(dá)極顯著水平。1 B和2 D兩組代換系重復(fù)性較好，1 B-1和1 B-2兩代換系的穗長較中國春分別增加了7.06%和8.24%，2 D-1和2 D-2兩代換系的穗長較中國春分別增加了11.12%和7.06%，差異均達(dá)顯著水平，1 B和2 D染色體上可能有對穗長有上調(diào)作用的調(diào)控位點。5 A-2代換系的穗長最長，比中國春增加了3.4 cm，且差異達(dá)極顯著水平。2 B-2代換系的穗長最短，比中國春減少了1.2 cm，且差異達(dá)顯著水平，2 B-1代換系的穗長比中國春減少了0.6 cm，但與中國春相比差異不顯著。

2.3 重要農(nóng)藝性狀穗數(shù)的染色體定位

3 A和6 D染色體上可能有調(diào)控小麥單株有效穗數(shù)的位點。3 A-1代換系穗數(shù)較中國春減少41.98%，與中國春的差異達(dá)極顯著水平。3 A-2代換系穗數(shù)較中國春減少14.81%，但與中國春相比差異不顯著。6 D-2代換系穗數(shù)較中國春減少30.86%，且與中國春的差異達(dá)顯著水平。6 D-1代換系穗數(shù)較中國春增加13.58%，但與中國春差異不顯著。

3 討 論

小麥為異源六倍體，共有A、B、D 3個染色體組，基因組龐大，且數(shù)量性狀受多基因控制，易受環(huán)境影響。諸多研究表明，在不同養(yǎng)分條件下，采用不同遺傳材料定位的結(jié)果也不盡相同。所以，在不同遺傳背景和環(huán)境條件下對重要性狀進(jìn)行染色體定位有重要意義。本研究利用“中國春-人工合成小麥”染色體代換系為材料對小麥農(nóng)藝性狀的基因進(jìn)行染色體定位。

表1 兩組代換系各性狀的顯著差異分析

注:表中只標(biāo)出顯著于親本的差異;A(0.01)、a(0.05)表示水平顯著超過親本“中國春”。

前人對小麥株高、穗長、成穗數(shù)的遺傳機制和QTL定位已經(jīng)進(jìn)行了一些研究。劉冬成等發(fā)現(xiàn)，7個株高QTL，分別位于染色體1 B、4 B (2個)、6 A (2個)、6 D和7 A上[6]。鄧小鋒等通過單體分析定位出矮桿波蘭小麥的穗長性狀受到1 A、2 A、2 B、4 B和5 B染色體上的顯性基因控制，且發(fā)現(xiàn)波蘭小麥的3 B、5 B染色體對株高有較明顯的抑制作用[7]。周淼平等[8]、Kumar N等[9]研究將控制有效穗數(shù)的基因定位于1 A、1 B、2 A、2 B、2 D、3 A、3 B、4 A、4 B、5 A及6 A等染色體上；Sishen Li等[10]、閆林等[11]同樣將控制該性狀的基因定位于4 B上，分別位于4 BS和4 BL上。

在2組代換系試驗重復(fù)檢測中：調(diào)控株高的基因定位到6 A和7 D染色體上，除驗證前人發(fā)現(xiàn)的6 A外，還發(fā)現(xiàn)7 D染色體也可能攜帶有調(diào)控株高的染色體。調(diào)控穗長的基因定位到1 B和2 D上，為本實驗新發(fā)現(xiàn)。根據(jù)本試驗數(shù)據(jù)，無法將有關(guān)穗數(shù)基因定位到染色體。原因分析如下:3 A兩代換系雖然與中國春差異幅度較大，但3 A-2代換系與中國春相比差異不顯著，可能是測量誤差導(dǎo)致的。6 D-1代換系與6 D-2代換系一個較中國春增加，一個較中國春減少，可能是兩代換系生長環(huán)境所致。

利用一套小麥染色體代換系對控制株高、穗長、成穗數(shù)等小麥重要農(nóng)藝性狀的基因進(jìn)行了染色體定位。但由于這些性狀受多個相關(guān)基因調(diào)控，且受外界環(huán)境影響較大，1年的試驗結(jié)果可能存在一定的偏差，結(jié)果尚需進(jìn)一步的試驗驗證。