小麥品種‘矮抗58’主要農(nóng)藝性狀相關(guān)基因位點(diǎn)解析

徐 鑫，張德華，李小軍，李 君，侯千禧，吳俊奎，師玉菲

（1.新鄉(xiāng)學(xué)院 生命科學(xué)與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.河南科技學(xué)院 生命科技學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003）

骨干親本在作物育種中發(fā)揮了重要作用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)明確的小麥骨干親本有19 個(gè)，水稻骨干親本有35 個(gè)，玉米骨干親本有5 個(gè)［1-3］。前人圍繞骨干親本的形成、育種利用價(jià)值和遺傳基礎(chǔ)開(kāi)展了大量研究［4］。例如，鄭建敏等［5］利用小麥660KSNP 芯片分析了骨干親本‘川麥44’在其衍生后代中的遺傳貢獻(xiàn)，篩選出52 個(gè)高遺傳率片段。Qin W W 等［6］利用玉米骨干親本‘黃早四’作為輪回親本構(gòu)建近等導(dǎo)入系，定位了粒長(zhǎng)主效位點(diǎn)。水稻上，利用骨干親本‘明恢63’（大粒）為輪回親本與‘川7’（小粒）連續(xù)雜交和回交構(gòu)建近等基因系，完成了粒重和粒長(zhǎng)主效QTL 位點(diǎn)GS3 的圖位克?。?］。

‘矮抗58’是黃淮麥區(qū)大面積種植小麥品種，以高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和抗倒等多種優(yōu)良特性著稱［8］，于2013 年獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。同時(shí)，‘矮抗58’也已成為小麥育種的骨干親本。目前，對(duì)于‘矮抗58’主要農(nóng)藝性狀相關(guān)基因位點(diǎn)的研究很少。課題組前期利用600 多個(gè)SSR 標(biāo)記分析了親本對(duì)‘矮抗58’及其姊妹系的遺傳貢獻(xiàn)［9］。本研究進(jìn)一步利用EST-STS、PLUG、EST-SSR 和SSR 分子標(biāo)記（共計(jì)1 312 個(gè)），分析‘矮抗58’與其姊妹系的遺傳差異，并通過(guò)矮抗58/碧螞4 號(hào)衍生的F2:3群體闡明‘矮抗58’重要遺傳位點(diǎn)與主要農(nóng)藝性狀的關(guān)系，為揭示小麥骨干親本形成的分子本質(zhì)提供有用信息。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

小麥品種‘矮抗58’，姊妹系‘百農(nóng)4330’和‘豐收60’及其親本‘溫麥6 號(hào)’‘鄭州8960’和‘周麥11’（雜交組合為溫麥6 號(hào)/鄭州8960//周麥11）；矮抗58/碧螞4 號(hào)衍生的304 個(gè)F2植株及其F3株系。

1.2 分子標(biāo)記掃描

對(duì)‘矮抗58’姊妹系及其親本每個(gè)品種隨機(jī)選取5 ～8 粒種子，培養(yǎng)成幼苗后，每個(gè)單株取等量葉片混合CTAB 法提取DNA。同時(shí)，對(duì)矮抗58/碧螞4 號(hào) 衍生的304 個(gè)F2植株分別提取DNA。利用分布于小麥全基因組的1 312 個(gè)分子標(biāo)記（包括EST-STS、PLUG、EST-SSR 和SSR）對(duì)‘矮抗58’、姊妹系及其親本共6 個(gè)材料進(jìn)行檢測(cè)。擴(kuò)增帶型以0、1 統(tǒng)計(jì)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，相同遷移率位置上，有帶記為l，無(wú)帶記為0。所有數(shù)據(jù)處理均由Excel 軟件完成。

1.3 矮抗58 /碧螞4 號(hào)衍生F2:3 群體構(gòu)建及主要農(nóng)藝性狀調(diào)查

以‘矮抗58’和‘碧螞4 號(hào)’為親本雜交獲得F1，F(xiàn)1自交獲得304 個(gè)F2植株。F2植株收獲的種子于2017 年度分別在河南新鄉(xiāng)和輝縣試驗(yàn)田種植， 每個(gè)材料種植2 行，行距30 cm，行長(zhǎng)為2 m，每行播種40 粒。成熟時(shí)從每個(gè)F3株系隨機(jī)抽取10 個(gè)單株進(jìn)行主要農(nóng)藝性狀調(diào)查，性狀包括：株高、穗長(zhǎng)、可育小穗數(shù)、不育小穗數(shù)、有效穗數(shù)、旗葉長(zhǎng)、旗葉寬、穗粒數(shù)、千粒重、穗密度。其中穗密度=100×每穗小穗數(shù)/穗長(zhǎng)。

1.4 QTL 定位

利用‘矮抗58’特異標(biāo)記對(duì)‘碧螞4 號(hào)’和‘矮抗58’進(jìn)行多態(tài)性檢測(cè)，進(jìn)一步利用篩選到的多態(tài)標(biāo)記對(duì)304 個(gè)F2植株進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合F3株系獲得的主要農(nóng)藝學(xué)性狀數(shù)據(jù)利用單標(biāo)記分析進(jìn)行QTL 定位。

2 結(jié)果與分析

2.1 矮抗58 特異染色體位點(diǎn)篩選

1 312 個(gè)分子標(biāo)記中404（30.8%）個(gè)標(biāo)記在6個(gè)材料間表現(xiàn)多態(tài)，包括21 對(duì)EST-STS，25 對(duì)PLUG 引物，32 對(duì)EST-SSR 和326 對(duì)SSR。對(duì)‘矮抗58’與其他2個(gè)姊妹系品種‘豐收60’和‘百農(nóng)4330’進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，‘矮抗58’在46 個(gè)標(biāo)記具有不同于其他2 個(gè)姊妹系的特異等位變異，包括1 個(gè)EST-STS、1 個(gè)PLUG、5 個(gè)EST-SSR和39 個(gè)SSR 標(biāo)記（表1）。

表1 ‘矮抗58’特異位點(diǎn)親本來(lái)源及分布Table 1 Parents origin and distribution of specific loci of‘Aikang 58’

續(xù)表:

2.2 矮抗58/碧螞4 號(hào)衍生F2:3 群體的要農(nóng)藝性狀

304 個(gè)F3株系主要農(nóng)藝性狀調(diào)查結(jié)果表明（表2）， 不同株系間性狀變異較大，2 個(gè)環(huán)境下所有性狀的斜率絕對(duì)值均低于1，并呈正態(tài)分布。多數(shù)性狀的峰度絕對(duì)值也小于1，表明群體的形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)適合進(jìn)行QTL 分析。

表2 矮抗58/碧螞4 號(hào)衍生F3 的主要農(nóng)藝性狀Table 2 Statistics of main agronomic traits of F3 derived from Aikang 58/Bima 4

2.3 ‘矮抗58’特異位點(diǎn)與主要農(nóng)藝性狀的QTL 定位

利用46 個(gè)‘矮抗58’特異標(biāo)記對(duì)‘碧螞4號(hào)’和‘矮抗58’進(jìn)行多態(tài)性檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)9 個(gè)標(biāo)記（BARC17、BARC61、BARC184、CFD61、GWM111、GWM 136、GWM 162、GWM 268 和MAG3616）在二者間表現(xiàn)多態(tài)。進(jìn)一步利用9 個(gè)多態(tài)引物對(duì)304 個(gè)F2植株進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合F3株系獲得的主要農(nóng)藝學(xué)性狀數(shù)據(jù)，通過(guò)單標(biāo)記QTL 分析發(fā)現(xiàn)有6 個(gè)標(biāo)記與主要農(nóng)藝性狀存在不同程度相關(guān)（表3）。其中1D 染色體上的CFD61 標(biāo)記在2 個(gè)環(huán)境下均與穗長(zhǎng)、可育小穗數(shù)和有效穗數(shù)相關(guān)，而且這個(gè)標(biāo)記還與輝縣環(huán)境的株高、旗葉長(zhǎng)和穗密度有關(guān)。7D 染色體的GWM111 在2 個(gè)環(huán)境下均與株高和穗粒數(shù)相關(guān)，該位點(diǎn)還在新鄉(xiāng)環(huán)境下與不育小穗數(shù)和千粒重及輝縣環(huán)境下的旗葉寬相關(guān)。

表3 ‘矮抗58’特異位點(diǎn)關(guān)聯(lián)的主要農(nóng)藝性狀(P=0.05)Table 3 Main agronomic traits associated with specific loci of ‘Aikang 58’(P = 0.05)

3 討論與結(jié)論

‘矮抗58’的矮稈抗倒、冬季抗凍、春季耐倒春寒、后期抗干熱風(fēng)等能力均較強(qiáng)，連續(xù)6 年成為河南省及黃淮南片麥區(qū)推廣面積最大的品種［10］。目前，對(duì)于‘矮抗58’的研究多集中在栽培和生理特性方面。馮偉等［11］在大田試驗(yàn)條件下，以多穗型品種‘矮抗58’和大穗型品種‘蘭考矮早八’為供試材料，研究了寬幅播種種植方式下不同帶間距對(duì)冬小麥衰老進(jìn)程及產(chǎn)量的影響。馮素偉等［12］選用‘矮抗58’等5 個(gè)半冬性小麥品種，研究了不同年際間不同品種籽粒灌漿后脫水速率，及其與籽粒質(zhì)量之間的關(guān)系。

小麥骨干親本主要農(nóng)藝性狀相關(guān)基因位點(diǎn)解析對(duì)于小麥育種親本選配及新種質(zhì)創(chuàng)制有重要意義。Wu Q H 等［13］將小麥骨干親本‘燕大1817’與高產(chǎn)品種‘北農(nóng)6 號(hào)’構(gòu)建重組自交系，利用SNP、SSR 和EST-SSR 分子標(biāo)記構(gòu)建高密度遺傳連鎖圖譜，定位了88 個(gè)與籽粒形狀和大小相關(guān)的QTL。付必勝等［14］對(duì)小麥骨干親本阿夫及其衍生品種（系）進(jìn)行了赤霉病抗性鑒定，并經(jīng)過(guò)關(guān)聯(lián)分析檢測(cè)到19個(gè)與赤霉病抗性相關(guān)的位點(diǎn)。李小軍等［9］利用覆蓋小麥全基因組的部分SSR 標(biāo)記，分析了‘矮抗58’姊妹系及其親本的遺傳構(gòu)成，發(fā)現(xiàn)‘矮抗58’有40個(gè)不同于其他姊妹系品種的SSR 位點(diǎn)。本研究在李小軍等研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用更多類型（ESTSTS、PLUG 和EST-SSR），更多數(shù)目（1 312 個(gè)）標(biāo)記對(duì)‘矮抗58’及其系譜材料進(jìn)行檢測(cè)，共發(fā)現(xiàn)46 個(gè)‘矮抗58’不同于其他姊妹系品種的位點(diǎn)。進(jìn)一步利用矮抗58/碧螞4 號(hào)衍生的F2:3群體，通過(guò)單標(biāo)記分析發(fā)現(xiàn)6 個(gè)‘矮抗58’特異標(biāo)記與主要農(nóng)藝性狀相關(guān)。本研究揭示的這些‘矮抗58’特異位點(diǎn)可能對(duì)于其成為大面積品種和骨干親本形成發(fā)揮了重要作用，是進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。