高產(chǎn)小麥新品種百農(nóng)207及其姊妹系的基因組構(gòu)成分析

馬 超， 吳 皓， 歐行奇， 李新華， 喬 紅， 秦廣雍， 劉文軒， 亓增軍

(1. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 河南 鄭州 450002； 2. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 作物遺傳與種質(zhì)改良國家重點(diǎn)實驗室 江蘇 南京 210095； 3. 河南科技學(xué)院 生命科技學(xué)院 河南 新鄉(xiāng) 453003； 4. 鄭州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院 河南 鄭州 450001)

0 引言

面包小麥(TriticumaestivumL., 2n=2x=14, AABBDD)是小麥屬異源六倍體物種，是目前世界上種植最廣、交易量最大的糧食作物之一，也是全球植物蛋白的主要來源[1]。因此，小麥的可持續(xù)生產(chǎn)對世界范圍內(nèi)的社會進(jìn)步和穩(wěn)定具有重要意義。自20世紀(jì)60年代綠色革命以來，世界小麥產(chǎn)量增加了2倍，預(yù)計在21世紀(jì)中葉將繼續(xù)保持增長[2]。在此期間，小麥產(chǎn)量的增長主要是通過提高單位面積的作物產(chǎn)量來實現(xiàn)的。培育遺傳背景優(yōu)良、種子耐貯藏的新品種，提高肥料利用率，施用農(nóng)藥和殺蟲劑，改善灌溉等都是小麥單產(chǎn)增加的因素。其中，選育和推廣高產(chǎn)、適應(yīng)性廣、品質(zhì)好、抗逆性強(qiáng)、肥料利用率高的小麥新品種對小麥產(chǎn)量的提高發(fā)揮了重要作用[3]。

小麥新品種選育的成功始于選擇合適的親本，優(yōu)良親本的雜交組合往往會選育出一批好的品種。例如，周8425B是20世紀(jì)70年代從國際玉米小麥改良中心引進(jìn)的合成六倍體小黑麥 (2n=6x=42，AABBRR) 產(chǎn)生的小麥-黑麥自發(fā)羅伯遜易位 (RT) 1BL.1RS系。以其為親本，在河南省及周邊地區(qū)培育出了100多個品種，其中周麥16號、矮抗58號等79個品種通過國家或省級審定[4]。小麥品種小偃6號是小麥與十倍體長穗偃麥草 (Thinopyrumponticum，2n=10x=70, JSJSJSJSJJJJJJ) 雜交的后代，曾經(jīng)是中國種植面積最大的小麥品種，以小偃6號為核心親本，選育出了50多個大面積推廣品種，累計推廣面積達(dá)到2 000萬hm2，增產(chǎn)1 500萬t[5]。因此，解析大面積推廣品種及其核心親本的遺傳組成，有助于了解如何培育優(yōu)良品種，提高重要農(nóng)藝性狀和育種效率。近年來，不少研究人員利用簡單序列重復(fù) (SSR) 標(biāo)記、高密度單核苷酸多態(tài)性 (SNP) 標(biāo)記或高分辨率熒光原位雜交 (FISH)對小麥主栽品種和親本的遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行了解析[6-7]，但尚未見到結(jié)合FISH和基因芯片雜交技術(shù)對小麥品種進(jìn)行遺傳解析的報道。

百農(nóng)207是2014年通過國家農(nóng)作物品種審定委員會審定的小麥新品種，自2016年起成為河南省和我國小麥主產(chǎn)區(qū)黃淮南片年種植面積最大的高產(chǎn)品種 (135萬hm2)。其親本周麥16和百農(nóng)64也是在該地區(qū)曾經(jīng)大面積推廣的品種，是目前育種家最常使用的核心親本[8-9]。本研究結(jié)合高分辨率FISH和小麥15 K SNP芯片雜交，對百農(nóng)207及其親本和姊妹系進(jìn)行了染色體和基因組構(gòu)成2個層次的分析，旨在為我國黃淮河流域南部地區(qū)優(yōu)良新品種的培育，以及為百農(nóng)207及其親本百農(nóng)64和周麥16的更好利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 植物材料

本研究共選用13個小麥品種 (系)，其主要農(nóng)藝性狀如表1所示。其中百農(nóng)207是以周麥16為母本，與百農(nóng)64雜交選育的，同時從該雜交組合中還選育出10個不同農(nóng)藝性狀的姊妹系。所有材料均由河南科技學(xué)院提供。

表1 所用材料及其主要農(nóng)藝性狀Table 1 Materials used and their key agronomic characteristics

1.2 通過小麥15 K基因芯片雜交篩選SNPs標(biāo)記

每個材料從20個幼苗中采集新鮮葉片，用CTAB (十六烷基三甲基溴化銨) 法提取基因組DNA，并用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA提取液的完整性和濃度。然后將合格DNA樣品與含有13 947個SNP標(biāo)記的15 K基因芯片雜交，篩選SNPs標(biāo)記。該芯片由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院設(shè)計，雜交由中金玉生物技術(shù)有限公司實施完成。

1.3 SNP數(shù)據(jù)分析與基因型圖譜構(gòu)建

利用得到的SNP基因型數(shù)據(jù)對百農(nóng)207及其親本和姊妹系的基因組構(gòu)成進(jìn)行分析。如果特定SNP位點(diǎn)的百農(nóng)207基因型與特定親本的基因型相同，則認(rèn)為百農(nóng)207從該特定親本遺傳了該基因座。存在于百農(nóng)207中但雙親均不存在的基因座被視為新基因座，而在百農(nóng)207中不存在的雙親基因座被視為缺失基因座。隨后，計算每個親本對百農(nóng)207基因組貢獻(xiàn)的SNP位點(diǎn)數(shù)。一個親本對百農(nóng)207的基因組貢獻(xiàn)被定義為從一個親本遺傳的SNP位點(diǎn)數(shù)量與親本間多態(tài)型SNP位點(diǎn)總數(shù)之比。根據(jù)SNP位點(diǎn)側(cè)翼序列與中國春參考序列v.1.1 (IWGSC 2018) 的序列比對，將不同染色體上的SNP位點(diǎn)從短臂到長臂進(jìn)行排序。 用TASSEL v5.0主成分分析法 (PCA) 對百農(nóng)207的親本和姊妹系進(jìn)行聚類分析[10]。

1.4 根尖細(xì)胞染色體制備及熒光原位雜交

按文獻(xiàn)[7]所述進(jìn)行根尖細(xì)胞染色體制備，使用BX51奧林巴斯相差顯微鏡(日本東京奧林巴斯公司)進(jìn)行細(xì)胞學(xué)觀察。

以8種單鏈寡核苷酸為探針進(jìn)行雙色非變性原位雜交(ND-FISH)。用6-羧四甲基羅丹明 (TAMRA)標(biāo)記的pAs1-1、pAs1-3、pAs1-4、pAs1-6、AFA-3、AFA-4探針產(chǎn)生紅色信號，而6-羧富勒烯 (FAM)標(biāo)記的pSc119.2-1和 (GAA)10重復(fù)序列產(chǎn)生綠色信號。所有寡核苷酸均由上海生工生物科技有限公司合成。雜交后，在BX51奧林巴斯熒光顯微鏡下觀察染色體，并通過SPOT CCD (點(diǎn)冷彩色數(shù)碼相機(jī))拍攝圖像，使用Adobe Photoshop (v6.0) (美國Adobe) 進(jìn)行分析。

1.5 抗穗發(fā)芽基因分子標(biāo)記分析

基于文獻(xiàn)[11-14]設(shè)計抗穗發(fā)芽基因的PCR引物序列，由上海生工生物科技有限公司合成(表2)。進(jìn)行PCR擴(kuò)增反應(yīng)混合液體積為15 μL，分別含有7.5 μL 2×EasyTaq-PCR Supermix (北京全式金科技公司)、0.5 pmol正向和反向引物以及100 ng基因組DNA。PCR擴(kuò)增使用F50SSR反應(yīng)系統(tǒng)[15]。PCR產(chǎn)物經(jīng)1.5%瓊脂糖凝膠分離，溴化乙啶染色后用Tanon 2500凝膠成像系統(tǒng)(上海Tanon科技有限公司)進(jìn)行觀察。

表2 抗穗發(fā)芽基因分子標(biāo)記引物Table 2 Primers for molecular markers of pre-harvest sprouting resistance genes

2 試驗結(jié)果

2.1 百農(nóng)207的產(chǎn)量及主要農(nóng)藝性狀

百農(nóng)207是以周麥16為母本、百農(nóng)64為父本雜交選育的半矮稈小麥品種。周麥16和百農(nóng)64都是國家審定的高產(chǎn)小麥品種，在河南和鄰近省份常作為核心親本使用。其中周麥16是高產(chǎn)半矮稈品種，大穗大粒，但抗倒春寒和抗穗發(fā)芽性差、千粒重低；而百農(nóng)64對條銹病和葉銹病的綜合抗性強(qiáng)，品質(zhì)好，籽粒飽滿，但分蘗力低，成熟時小穗軸易斷。百農(nóng)207成功地整合了親本的優(yōu)勢，彌補(bǔ)了親本的不足，具有產(chǎn)量高、穩(wěn)定性好、晚春耐倒春寒能力強(qiáng)、抗穗發(fā)芽、千粒重高等特點(diǎn)。根據(jù)黃淮南片麥區(qū)37個地點(diǎn)兩年的區(qū)域試驗和14個地點(diǎn)一年的生產(chǎn)試驗 (由國家農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心和河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究中心聯(lián)合進(jìn)行)，百農(nóng)207在2010—2013年的年平均產(chǎn)量為7 542～8 761 kg/hm2，比商品對照品種周麥18增產(chǎn)3.8%～7.0%(表3)。2014年，百農(nóng)207通過國家農(nóng)作物品種審定委員審定，自2016年起成為河南省推廣速度最快的新品種。此外，從同一個雜交組合中還篩選出10個具有突出特點(diǎn)的百農(nóng)207姊妹系(表1)，但在產(chǎn)量和其他農(nóng)藝性狀上均未超過百農(nóng)207。

表3 百農(nóng)207的產(chǎn)量及主要農(nóng)藝性狀Table 3 Yields and key agronomic traits of BN207

**：1%顯著性水平

2.2 百農(nóng)207的基因組構(gòu)成及其親本的貢獻(xiàn)

共檢測了13 947個SNP位點(diǎn)，得到7 565個(54.2%)有效位點(diǎn)。其中百農(nóng)64和周麥16相同的SNP位點(diǎn)有4 009個(52.9%)，具有多態(tài)性的位點(diǎn)有3 556個(47%)。在亞基因組中，B基因組SNPs的數(shù)量最多，占總SNPs數(shù)量的41.3%，占多態(tài)性SNPs數(shù)量的51%，其次是亞基因組A(35.1%，45.4%)，而SNP數(shù)量最少的是亞基因組D(20.2%，41.6%)。每個染色體上平均有360.2個SNP位點(diǎn)，但SNP位點(diǎn)數(shù)量在染色體之間變化很大，其中3B染色體上SNP位點(diǎn)最多，有694個，其次是2A染色體，有528個，而4D染色體上只有108個SNP位點(diǎn)。

基于多態(tài)性SNP位點(diǎn)對百農(nóng)207的基因組構(gòu)成進(jìn)行分析，結(jié)果表明，父本百農(nóng)64對百農(nóng)207基因組的貢獻(xiàn)率為55.3%(1 968/3 556)，母本周麥16對百農(nóng)207基因組的貢獻(xiàn)率為40.7%。其余142個(3.2%)SNP位點(diǎn)包括111個(3.1%)雜合位點(diǎn)和31個(0.9%)僅百農(nóng)207特有的新位點(diǎn)或重組位點(diǎn)。此外，在雙親相同的4 009個SNP位點(diǎn)中，檢測到33個新SNP位點(diǎn)，使百農(nóng)207新位點(diǎn)或重組位點(diǎn)總數(shù)增加到64個，占有效SNP總數(shù)(7 565個)的0.85%。此外，親本對百農(nóng)207的亞基因組貢獻(xiàn)明顯不同，亞基因組B中絕大多數(shù)SNP位點(diǎn)來自百農(nóng)64，而亞基因組A和D中相對較多的位點(diǎn)則來自周麥16。

圖1為百農(nóng)207中SNP位點(diǎn)的染色體分布及親本貢獻(xiàn)率。對百農(nóng)207染色體SNP位點(diǎn)分布的分析結(jié)果表明，其SNPs來源(父本或母本)存在顯著差異。用S代表染色體短臂，L代表長臂，其中3B、1BS、2BL、2DL、4AS、5AS、6A、6B、7AL和7BS染色體的SNP位點(diǎn)主要來自父本百農(nóng)64，而2A、3A、3D、4BS、4D、5BL、6D和7D染色體的多數(shù)等位基因則來自母本周麥16。大多數(shù)雜合SNP位點(diǎn)位于5BL(34/111,30.6%)、4BL(20/111,18.0%)和2BS(8/111,7.2%)，而大多數(shù)重組位點(diǎn)位于5B(25/64,39.1%)，其次位于3D(7/64,10.9%)。

圖1 百農(nóng)207中SNP位點(diǎn)的染色體分布及親本貢獻(xiàn)率Figure 1 SNP distribution at chromosomes of BN207 and contribution ratios of its parents

圖2 基于主成分分析法的百農(nóng)207及其親本和姊妹系間的親緣關(guān)系Figure 2 Genetic relationship among BN207, its parents and sister lines based on PCA

2.3 百農(nóng)207與其姊妹系的遺傳構(gòu)成比較分析

百農(nóng)207與其雙親及10個姊妹系的SNP位點(diǎn)比較結(jié)果表明，百農(nóng)207與其姊妹系的染色體構(gòu)成存在顯著差異。但總體而言，百農(nóng)207及其姊妹系的1A、4A、6A、3B染色體上的SNPs絕大多數(shù)來自百農(nóng)64，而2A、5A、1B、6D和7D染色體上的SNPs則大部分是從周麥16遺傳來的。

基于主成分分析法的百農(nóng)207及其親本和姊妹系間的親緣關(guān)系如圖2所示。通過主成分分析法將百農(nóng)207及其親本和姊妹系分為3個集群。第1個集群包括周麥16和3個姊妹系(百農(nóng)14-818、百農(nóng)12-40和冠麥1號)，第2個集群包括百農(nóng)64、華育198、百農(nóng)10-8、華育166、PJ11-52和PJ11-15，第3個集群有百農(nóng)207以及2個姊妹系百旱207和百農(nóng)69-38，進(jìn)一步證實百農(nóng)207和百旱207是所有姊妹系中結(jié)合雙親不同性狀(SNP位點(diǎn))最多的品種。

在姊妹系中，百農(nóng)14-818與母本周麥16幾乎完全相同，只有3.55%的SNP位點(diǎn)不同。在這些SNPs中，只有1.66%的SNPs是從百農(nóng)64遺傳來的，而且主要集中位于5B染色體上(57.6%)。因此，本品系可作為周麥16的近等基因系，用于分析百農(nóng)14-818和周麥16之間性狀差異的遺傳基礎(chǔ)。

與百農(nóng)207相比，百旱207耐旱性更好，它與百農(nóng)207的共有SNP位點(diǎn)占89.8%。這2個品種之間剩余的10.2%的SNP差異可能有助于研究與百農(nóng)207的產(chǎn)量優(yōu)勢和百旱207的耐旱性相關(guān)的基因。此外，PJ11-15品系含有32.0%以上的雜合SNP位點(diǎn)，說明該品系在遺傳上仍不穩(wěn)定。

2.4 百農(nóng)207及其雙親和姊妹系的染色體構(gòu)成分析

對33株小麥進(jìn)行了FISH分析，百農(nóng)207及其親本和姊妹系的核型如圖3所示。圖3中所用材料自上而下依次為：周麥16、百農(nóng)64、百農(nóng)207、華育198、冠麥1號、百旱207、PJ11-52、PJ11-15、百農(nóng)14-818、百農(nóng)10-8、百農(nóng)12-40、百農(nóng)69-38和華育166。探針pAs1-1、pAs1-3、pAs1-4、pAs1-6、AFA-3和AFA-4用TAMRA標(biāo)記并產(chǎn)生紅色信號；pSc119.2-1和(GAA)10用FAM標(biāo)記并產(chǎn)生綠色信號。白色箭頭表示多態(tài)性，黃色箭頭表示結(jié)構(gòu)重排，白色和黃色星號表示重組。

圖3 百農(nóng)207及其親本和姊妹系的核型Figure 3 Karyotypes of BN207, its parents and sister lines

從圖3可以看出，親本百農(nóng)64和周麥16及其衍生系存在9種染色體變異。其中在百農(nóng)64中檢測到6B染色體的臂間倒位(perInv)，與文獻(xiàn)[7]的鑒定結(jié)果一致。另外5種結(jié)構(gòu)變異包括：來自周麥16由小麥長臂1B和黑麥1R染色體短臂組成的羅伯遜易位RT1BL.1RS;位于5A長臂中部的AFA家族串聯(lián)重復(fù)序列的紅色信號區(qū)段(Trsb);7BL終端區(qū)域的pSc119.2-1和(GAA)10重復(fù)序列的綠色信號區(qū);7A染色體短臂末端的綠色信號重復(fù)序列;1DL末端的綠色信號重復(fù)序列。其余3種染色體變異包括百農(nóng)64中3B染色體長臂的中段和4A染色體長臂上各有一個更強(qiáng)的綠色信號，而周麥16的6BS染色體上有一個更強(qiáng)的紅色信號(AFA家族重復(fù))。

染色體核型分析結(jié)果表明，百農(nóng)207中的7A、1B、3B、perInv 6B和1D染色體來自百農(nóng)64，4A和7B染色體來自周麥16，而5A和6B變異來自雙親染色體的重組。百農(nóng)207中5A染色體與百農(nóng)64相似，但在5A染色體長臂著絲粒附近有較弱的綠色信號；6B染色體與百農(nóng)64同樣有臂間倒位，但在6B染色體短臂的末端區(qū)域有較多的紅色AFA家族重復(fù)，與周麥16一致。在10個姊妹系中，有5個(華育198、冠麥1號、百農(nóng)14-818、百農(nóng)12-40和百農(nóng)69-38)含有來自周麥16的RT1BL.1RS染色體，4個(冠麥1號、百旱207、百農(nóng)12-40和百農(nóng)69-38)含有來自周麥16的Trsb 5A，只有2個(百旱207和百農(nóng)10-8)含有來自百農(nóng)64的perInv 6B。有3個品系(冠麥1號、百農(nóng)12-40和百農(nóng)69-38)同時有來自周麥16的Trsb 5AL和RT1BL.1RS結(jié)構(gòu)變異，百旱207則含有來自百農(nóng)64的perInv 6B和周麥16的Trsb 5A。

2.5 染色體重組區(qū)間的物理定位

將FISH分析結(jié)果與SNP位點(diǎn)的物理位置結(jié)合，對染色體重組區(qū)域進(jìn)行了物理定位。利用3個含有perInv 6B的品系(百農(nóng)207、百旱207和百農(nóng)10-8)，通過對6B染色體上不同親本來源SNP位點(diǎn)的分析，發(fā)現(xiàn)6B染色體最靠著絲粒的位點(diǎn)重組，在短臂上發(fā)生在SNP標(biāo)記AX-109464405(42.5 Mb)和AX-110448396(50.1 Mb)之間，而在長臂上發(fā)生在AX-109595550(475.5 Mb)和AX-111693296(476.2 Mb)之間。因此，6B染色體臂間倒位區(qū)段被定位在短臂50.1 Mb到長臂475.5 Mb之間，大小為425.4 Mb，占整個6B染色體長度的一半以上。

含有Trsb 5A的4個品系(冠麥1號、百旱207、百農(nóng)12-40和百農(nóng)69-38)的SNP位點(diǎn)分析結(jié)果表明，Trsb 5A有3個非重組區(qū)(重組抑制區(qū))。第1個非重組區(qū)包括整個短臂，其余2個位于長臂，即包括從著絲粒(109.1 Mb)到SNP位點(diǎn)AX-108726870(422 Mb)的312.9 Mb區(qū)段，以及從SNP位點(diǎn)AX-110578543(480.4 Mb)到AX-94589715 (546.5 Mb)的66.1 Mb區(qū)段。綜合雙親間非重組SNP位點(diǎn)的物理位置和FISH顯示重復(fù)序列片段位置分析，5A染色體長臂中部的AFA家族串聯(lián)重復(fù)序列區(qū)段總長為66.1 Mb。

在母本周麥16中發(fā)現(xiàn)了來自其父本周麥8425B的RT1BL.1RS染色體。在5個攜帶RT1BL.1RS的高代品系(華育198、冠麥1號、百農(nóng)14-818、百農(nóng)12-40和百農(nóng)69-38)中，經(jīng)過百農(nóng)64來源SNP位點(diǎn)與來自周麥16位點(diǎn)的比較分析，發(fā)現(xiàn)黑麥1R短臂與小麥1B短臂之間存在嚴(yán)重的重組抑制現(xiàn)象，并且在1B染色體長臂上也檢測到2個不重組區(qū)段。第1個不重組區(qū)段長198.93 Mb，從著絲粒(249.2 Mb)到SNP位點(diǎn)AX-110687238 (448.13 Mb)結(jié)束，第2個不重組區(qū)段長126.35 Mb，從位于451.58 Mb的SNP位點(diǎn)AX-108725476到位于577.93 Mb的AX-110091358之間。百農(nóng)207及其一半姊妹系不含有RT1BL.1RS染色體，表明這種曾經(jīng)存在于河南及鄰省70%以上的小麥品種中的染色體正逐漸失去對現(xiàn)代小麥品種的主導(dǎo)地位。

2.6 百農(nóng)207抗穗發(fā)芽基因的分子標(biāo)記鑒定

百農(nóng)207是耐穗發(fā)芽的硬白小麥品種，與感病對照周麥18相比，萌動種子和發(fā)芽種子的比率都較低，表現(xiàn)出較好的抗穗發(fā)芽能力，而其姊妹系華育166則和對照周麥18一樣，不抗穗發(fā)芽(表4)。

表4 百農(nóng)207穗發(fā)芽抗性鑒定Table 4 Identification of resistance to pre-harvest sprouting of BN207

*：不同字母代表差異達(dá)到5%水平的顯著性

從小麥15 K SNP芯片檢測到百農(nóng)207及其雙親百農(nóng)64和周麥16具有2個穗發(fā)芽抗性基因的主效QTL位點(diǎn)，但其單倍型對穗發(fā)芽抗性有負(fù)效應(yīng)[16]。為了鑒定百農(nóng)207中與抗穗發(fā)芽相關(guān)的基因，選用了4個與抗性基因 (TaVp1B3、PM19-A1、Dorm-1和Tamyb10) 緊密相關(guān)的PCR標(biāo)記進(jìn)行檢測。百農(nóng)207及其親本等小麥品種抗穗發(fā)芽基因的PCR擴(kuò)增如圖4所示(圖中箭頭表示穗發(fā)芽抗性基因的特異性標(biāo)記)。結(jié)果表明，百農(nóng)207及其父本百農(nóng)64能擴(kuò)增出與PM19-A1基因連鎖的117 bp特異性片段，以及與TaVp1B3基因連鎖的569 bp特異性標(biāo)記，但母本周麥16未能擴(kuò)增到這些特異性標(biāo)記片段。因此，百農(nóng)207至少含有2個穗發(fā)芽抗性基因，即位于4AL的PM19-A1基因和3BL的TaVp1B3基因，并且這2個基因均來自其父本百農(nóng)64。進(jìn)一步利用34株百農(nóng)207單株進(jìn)行抗穗發(fā)芽基因TaVp1B3鑒定，結(jié)果只有24株 (70.6%) 擴(kuò)增到TaVp1B3的569 bp特異性片段。因此，百農(nóng)207后代存在TaVp1B3基因分離，利用該基因特異分子標(biāo)記繼續(xù)選擇，可以進(jìn)一步提高百農(nóng)207對穗發(fā)芽的整體抗性水平。

M: 100 bp DNA marker；1: 中國春；2: 百農(nóng)207；3: 百農(nóng)64；4: 周麥16；5～24：周麥16、周麥22、平安602、平安0518、揚(yáng)麥5、寧麥9、揚(yáng)麥13、揚(yáng)麥14、揚(yáng)麥16、揚(yáng)麥17、揚(yáng)麥23、揚(yáng)麥158、NAU01、南農(nóng)0686、NAU617、南農(nóng)9918、望水白、生選6號、偃展4110、西農(nóng)979；a～d: PM19-A1; TaVp1B3; Dorm-1; Tamyb10圖4 百農(nóng)207及其親本等小麥品種抗穗發(fā)芽基因的PCR擴(kuò)增Figure 4 PCR patterns of pre-harvest sprouting resistance genes of BN207, its parents and other wheat varieties

3 小結(jié)

本研究從染色體和基因組水平分析了百農(nóng)207及其親本百農(nóng)64和周麥16，以及10個姊妹系的遺傳組成。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，百農(nóng)207中父本百農(nóng)64的SNP貢獻(xiàn)率(55.3%)高于母本周麥16(40.7%)，染色體間有顯著差異。其中1BS、3BL、6AS、2AS、4BS、4DL染色體上的SNPs幾乎均來源于雙親之一。解析百農(nóng)207及其親本的染色體和基因組構(gòu)成，有助于育種家更好地了解這些品種的遺傳貢獻(xiàn)，快速、準(zhǔn)確地鑒定品種的真?zhèn)危倪M(jìn)育種程序，保護(hù)種植戶和育種者的合法權(quán)益。

6B染色體臂間倒位是我國小麥品種中最常見的染色體結(jié)構(gòu)變異類型(15.3%)[8]，但目前尚未見對倒位區(qū)段進(jìn)行物理定位的報道。本研究通過FISH和SNP位點(diǎn)重組分析，將該臂間倒位定位在425.4 Mb區(qū)間，從短臂的50.1 Mb到長臂的475.5 Mb。此外，將來自周麥16染色體5A長臂上的AFA家族串聯(lián)重復(fù)序列區(qū)段定位在SNP位點(diǎn)AX-110578543(480.4 Mb)到AX-94589715(546.5 Mb)的66.1 Mb區(qū)間，為perInv 6B和Trbs 5A結(jié)構(gòu)變異提供了直接證據(jù)。

本研究利用TaVp1B3特異性標(biāo)記對百農(nóng)207單株進(jìn)行穗發(fā)芽抗性基因篩選，在群體中僅鑒定出70.6%的陽性單株，表明百農(nóng)207中存在TaVp1B3基因分離，篩選具有TaVp1B3基因的單株可以進(jìn)一步提高百農(nóng)207對穗發(fā)芽的抗性?？傊?，通過全基因組高密度SNP和FISH的聯(lián)合分析，揭示了小麥品種百農(nóng)207的染色體構(gòu)成、基因組構(gòu)成以及雙親的貢獻(xiàn)，從染色體和分子2個層次證實百農(nóng)207較大程度結(jié)合了雙親的遺傳物質(zhì)，并首次對染色體變異perInv 6B和Trsb 5A的重組區(qū)段進(jìn)行了物理定位。結(jié)果表明，將高通量基因分型技術(shù)與FISH技術(shù)相結(jié)合，能夠更準(zhǔn)確地評價小麥品種的基因組來源，為新品種選育和優(yōu)良育種親本利用提供更全面的研究基礎(chǔ)。