小麥粒重相關(guān)分子標(biāo)記Xgwm46等位變異的鑒定與評價

劉永偉，周 碩，王雪征，孫果忠，董福雙，柴建芳，李春杰，趙 和，王海波

(1.河北省農(nóng)林科學(xué)院遺傳生理研究所/河北省植物轉(zhuǎn)基因中心，河北石家莊 050051；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所，河北衡水 053000； 3.河北省種子管理總站，河北石家莊 050031)

小麥粒重相關(guān)分子標(biāo)記Xgwm46等位變異的鑒定與評價

劉永偉1，周 碩1，王雪征2，孫果忠1，董福雙1，柴建芳1，李春杰3，趙 和1，王海波1

(1.河北省農(nóng)林科學(xué)院遺傳生理研究所/河北省植物轉(zhuǎn)基因中心，河北石家莊 050051；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所，河北衡水 053000； 3.河北省種子管理總站，河北石家莊 050031)

為評價粒重相關(guān)SSR標(biāo)記Xgwm46在小麥分子育種工作中的應(yīng)用效果，以442份黃淮麥區(qū)小麥品種(系)為材料，鑒定了Xgwm46標(biāo)記等位變異類型及其分布頻率，分析了Xgwm46標(biāo)記等位變異類型與千粒重、粒長、粒寬和籽粒面積的關(guān)聯(lián)性，并進(jìn)一步探討了各種等位變異的育種價值。結(jié)果表明，Xgwm46標(biāo)記可以檢測出A、B、C三種類型的等位變異，分布頻率分別為31.90%、55.20%和12.90%。關(guān)聯(lián)分析表明，B類型與C類型材料的千粒重(P<0.001)、粒長(P<0.05)、粒寬(P<0.001)和籽粒面積(P<0.001)等粒重性狀的差異都達(dá)到顯著水平，而且B類型與粒重性狀均呈顯著正相關(guān)，C類型與粒重性狀均呈顯著負(fù)相關(guān)。B類型比C類型的材料平均粒長長0.16 mm，粒寬寬0.10 mm，籽粒面積大0.81 mm2，千粒重重1.98 g，其等位變異效應(yīng)較突出?？傊琗gwm46標(biāo)記適合用于小麥粒重農(nóng)藝性狀的鑒定與篩選，其中，B類型是粒重性狀優(yōu)異的等位變異，可應(yīng)用于小麥分子標(biāo)記輔助選擇育種。

小麥；粒重；Xgwm46標(biāo)記；等位變異；應(yīng)用價值

隨著人口的增加和種植面積的減少，提高產(chǎn)量仍將是我國小麥育種的首要目標(biāo)。小麥的產(chǎn)量由單位面積的總穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重三要素構(gòu)成，受環(huán)境因素影響較大，相比較而言，三者之中，千粒重的廣義遺傳力更高、遺傳特性更穩(wěn)定且受群體的影響較小[1]。小麥高產(chǎn)遺傳的研究表明，我國小麥品種單產(chǎn)水平的不斷提高主要依賴于千粒重的增加。張學(xué)勇等[2]對我國1 800多個小麥品種的研究發(fā)現(xiàn)，20世紀(jì)40年代地方品種的平均千粒重為31.5 g，而進(jìn)入21世紀(jì)初的育成品種的平均千粒重為44.64 g，每10年千粒重平均提高2.19 g。鄭天存等[3]對河南省從1981年到2008年之間的18個主推品種進(jìn)行產(chǎn)量相關(guān)性狀的潛力試驗表明，產(chǎn)量的平均年遺傳增益為0.60%，對產(chǎn)量水平提高貢獻(xiàn)率最大的是千粒重。由此可見，在小麥遺傳改良中注重對千粒重的選擇是提高產(chǎn)量的重要策略。

小麥粒重高低的主要決定因子是籽粒大小[4]，籽粒大小又是由粒長、粒寬、籽粒面積等要素構(gòu)成[5]，這些粒重構(gòu)成要素同時也是小麥品質(zhì)檢測的重要指標(biāo)[6]。因此，對粒重及其構(gòu)成要素進(jìn)行遺傳解析對小麥產(chǎn)量的提高和品質(zhì)改良都具有重要意義。國內(nèi)外學(xué)者利用不同的作圖群體、在不同的遺傳背景下已經(jīng)進(jìn)行了大量的與小麥粒重性狀相關(guān)的QTL定位研究[7-17]，已報道的分子標(biāo)記遍布21條染色體，但多數(shù)QTL對粒重性狀的表型貢獻(xiàn)率較低(<20%)。其中，Huang等[7]以德國小麥品種Prinz和CIMMYT品系W-7984構(gòu)建的BC2F2群體為試驗材料，在4個環(huán)境條件下對千粒重等5個產(chǎn)量相關(guān)的農(nóng)藝性狀進(jìn)行了分析，共發(fā)現(xiàn)8個與千粒重相關(guān)的QTL，其中，在7B染色體上發(fā)現(xiàn)QTL富集區(qū)(QTgw.ipk-7B.1-QTgw.ipk-7B.2)，LOD值達(dá)到3.6～4.7，可解釋20.6%～25.9%的表型變異。上述結(jié)論為小麥粒重及其構(gòu)成要素的研究提供了重要的理論依據(jù)，但這些分子標(biāo)記在育種工作中的功能分析還鮮有報道。

鑒于此，本研究以442份黃淮麥區(qū)小麥品種(系)為試驗材料，對2個環(huán)境下的千粒重、粒長、粒寬和籽粒面積進(jìn)行了測定，同時，選擇與Huang等[7]鑒定的 QTgw.ipk-7B.1緊密連鎖的SSR標(biāo)記Xgwm46，解析其等位變異類型及分布頻率，評價各等位變異類型與千粒重、粒長、粒寬和籽粒面積的相關(guān)性，并進(jìn)一步探討了Xgwm46在育種實踐中的實用性，為小麥分子標(biāo)記輔助選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

442份供試材料主要來源于我國黃淮冬麥區(qū)的河北、河南、山東、山西等省份。其中，包含審定品種112份、自育品系110份(其中有45份參加區(qū)試材料)及其他參加各級區(qū)域試驗品系220份。

供試材料于2013年10月至2015年6月連續(xù)2個生長季種植于河北省農(nóng)林科學(xué)院遺傳生理研究所院部試驗地(石家莊，38°05′N，114°44′E)。試驗材料順序排列，雙行區(qū)人工點播，行長2 m，行距25 cm，株距3 cm。田間管理方法同常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)試驗田。

1.2 小麥粒重性狀的測定

供試小麥材料成熟后及時收獲晾干并脫粒。每個材料隨機取500粒種子稱重，每個材料2次重復(fù)，換算為該材料的千粒重。粒長、粒寬和籽粒面積的測量參考張建祖等[18]的圖像掃描法。每個材料隨機取200粒種子，經(jīng)數(shù)粒板置于掃描儀面板上，使其有明顯間隔，加標(biāo)尺作為測距標(biāo)準(zhǔn)，形成圖像文件。利用生物圖像分析軟件(Aon-Studio 2010)細(xì)胞分析模塊測定籽粒性狀數(shù)據(jù)。

1.3 分子標(biāo)記檢測

采用改良的CTAB法[19]提取基因組DNA，每份材料提取3份，以3份DNA的檢測結(jié)果確定材料等位變異類型。Xgwm46分子標(biāo)記引物序列來自GrainGenes 2.0(http://wheat.pw.usda.gov/)，正向引物：5′-GCACGTGAATGGAT TGGAC-3′，反向引物：5′-TGACCCAATAGTG GTGGTCA-3′，由Invitrogen公司合成。PCR擴增體系為10×PCR buffer 2 μL、200 μmol·L-1dNTPs、每條引物10 pmol·L-1、1 UTaqDNA 聚合酶、40～60 ng模板DNA，用ddH2O補充至20 μL。反應(yīng)程序：95 ℃預(yù)變性3 min；95 ℃變性30 s，60 ℃退火30 s，72 ℃延伸45 s，35個循環(huán)；72 ℃ 延伸10 min。在Eppendorf公司的Mastercycler Gradient梯度PCR儀上進(jìn)行擴增，擴增產(chǎn)物用8%的聚丙烯酰胺凝膠電泳進(jìn)行檢測，然后經(jīng)銀染、顯影、成像拍照，統(tǒng)計擴增結(jié)果。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析使用Excel和SPSS 19.0軟件。千粒重、粒長、粒寬和籽粒面積取兩年平均值。對不同等位變異的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(One-Way ANOVA)。利用Pearson相關(guān)分析模型[20]評估Xgwm46標(biāo)記每個等位變異與粒重表型性狀的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試小麥品種資源粒重表型性狀的變異分析

對本試驗測定的4個粒重表型性狀(千粒重、粒長、粒寬和籽粒面積)分析(表1)可見，442份供試材料的千粒重范圍為34.66～65.93 g，粒長為5.37～7.69 mm，粒寬為2.76～4.05 mm，籽粒面積為12.92～23.65 mm2。其中，千粒重的變異系數(shù)最大，達(dá)到10.64%，其次為籽粒面積，為9.04%，籽粒長度的為6.51%，變異系數(shù)最小的是籽粒寬度，為4.83%。說明供試材料間粒重性狀差異較大，具有較豐富的遺傳多樣性，適宜用作遺傳研究。

表1 442個供試小麥材料粒重表型性狀的變異分析Table 1 Variation analysis of kernel weight phenotypic traits in 442 tested wheat varieties

2.2 Xgwm46標(biāo)記等位變異類型及分布頻率

利用SSR標(biāo)記Xgwm46對442份供試材料進(jìn)行分子檢測，結(jié)果(圖1、表2、表3)表明，Xgwm46標(biāo)記可擴增出A、B、C三種類型的片段，有141份材料能夠擴增出A型片段，占總材料的31.90%；有244份材料能夠擴增出B型片段，占總材料的55.20%；有57份材料能夠擴增出C型片段，占總材料的12.90%。不同類型品種(系)中各等位變異類型的分布頻率有所不同，在112份審定品種中，A等位變異類型分布頻率為46.43%，B等位變異類型分布頻率為30.36%，C等位變異類型分布頻率為23.21%；在110份自育品系中，A等位變異類型分布頻率為29.09%，B等位變異類型分布頻率為62.73%，C等位變異類型分布頻率為8.18%；在220份參加區(qū)試品系中，A等位變異類型分布頻率為25.91%，B等位變異類型分布頻率為64.09%，C等位變異類型分布頻率為10.00%。

2.3 Xgwm46標(biāo)記等位變異類型與粒重表型性狀的關(guān)聯(lián)分析

對Xgwm46標(biāo)記擴增出的3種等位變異類型的千粒重、粒長、粒寬和籽粒面積進(jìn)行比較分析，結(jié)果(表4)發(fā)現(xiàn)，B類型的材料與C類型的材料在千粒重、粒寬和籽粒面積性狀上差異都達(dá)到極顯著水平(P<0.001)，粒長的差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。而A與C類型的材料之間除了在千粒重上有顯著差異外(P<0.05)，其他籽粒性狀均無顯著差異。

表2 供試小麥材料的等位變異類型Table 2 Allelic variations of wheat varieties

(續(xù)表2 Continued table 2)

品種Variety等位類型Allelictype品種Variety等位類型Allelictype品種Variety等位類型Allelictype金禾12-434Jinhe12-434A輪選987Lunxuan987B臨優(yōu)2069Linyou2069A金禾13-294Jinhe13-294A輪選805Lunxuan805A天糯1398Tiannuo1398BA5-69-1-5-4B輪選905Lunxuan905B藁優(yōu)9828Gaoyou9828BB4-1-13-5B輪選927Lunxuan927B邯10-5223Han10-5223B8901BC5S2-4-13-1B輪選926Lunxuan926B錦麥15Jinmai15B8901BC5S2-8-2-1-1B陜優(yōu)225Shaanyou225C石10-4332Shi10-4332B8901BC5S3-1-3-2B小偃81Xiaoyan81C冀師1106Jishi1106C8901BC5S3-1-3-6A天禾10號Tianhe10C中麥175Zhongmai175A8901BC5S3-3-1-2B眾信麥2號Zhongxinmai2A冀麥536Jimai536B8901BC5S4-1-2-3-8B陽谷7268Yanggu7268BD9433B8901BC5S4-1-3-2B育豐15Yufeng15B衡09觀548Heng09guan548A陜優(yōu)225BC4S3-2-3-3Shaanyou225BC4S3-2-3-3B萬豐鑒34Wanfengjian34B石10-4336Shi10-4336B陜優(yōu)225BC4S3-5-2-1Shaanyou225BC4S3-5-2-1C豐優(yōu)68Fengyou68A藁優(yōu)5142Gaoyou5142A蘇麥3號Sumai3B08CA307B冀師1107Jishi1107AR93127B石農(nóng)086Shinong086B邯08-4155Han08-4155B02H17-1-3-9ASH299B石欒1101Shiluan1101ACP20-39-11-1B東抗1號Dongkang1BB09-6080ACp93-8-11-2C節(jié)優(yōu)11Jieyou11A師欒02-1Shiluan02-1CCp93-17-33-2-1-1C廊研115Langyan115BGY601BCP20-30-1-4-1B眾信6011Zhongxin6011B天華588Tianhua588B連76005Lian76005B農(nóng)大399Nongda399C利福01Lifu01B豫麥34Yumai34B天禾09H123Tianhe09H123A衡09-4061Heng09-4061B周麥17Zhoumai17C楊姜4號Yangjiang4A滄麥2010-59Cangmai2010-59C周麥24Zhoumai24B新麥8號Xinmai8B泊麥1號Bomai1B周麥25Zhoumai25ADH155B錦麥16Jinmai16B周8425BZhou8425BBRS804C鹿石肖2011Lushixiao2011B周麥18Zhoumai18B蘭德1399Lande1399B石10-4393Shi10-4393B周麥26Zhoumai26A大粒10-1Dali10-1B衡輻1146Hengfu1146B周麥27Zhoumai27A大粒13-2Dali13-2A石新746Shixin746A周麥28Zhoumai28B大粒13-3Dali13-3BGY1039B周麥30Zhoumai30C大粒110-4Dali110-4B冀麥516Jimai516B周麥32Zhoumai32B大粒178-1Dali178-1C眾信5168Zhongxin5168B漯08T09Luo08T09A大粒178-2Dali178-2B邯農(nóng)7912Hannong7912A漯08T17Luo08T17A大粒201-1Dali201-1A09F6-453A漯08T26Luo08T26A大粒312-1Dali312-1A嘉科998Jiake998B漯6099Luo6099C大粒313Dali313B趙麥1182Zhaomai1182B漯6078Luo6078A大粒148-2Dali148-2A10鑒4910jian49B漯6135Luo6135A大粒129Dali129BD9418B百農(nóng)03-4066Bainong03-4066A大粒188-1Dali188-1C中試麥1號Zhongshimai1B百農(nóng)AK58BainongAK58A大粒196-3Dali196-3A衡雜155Hengza155B百農(nóng)4330Bainong4330B大粒103Dali103B邢麥13號Xingmai13A百農(nóng)898Bainong898B大粒302Dali302A中麥863Zhongmai863B百農(nóng)073110Bainong073110B大粒235-1Dali235-1A良星109Liangxing109C錦科002Jinke002A大粒235-3Dali235-3A河農(nóng)5274Henong5274B錦科004Jinke004A大粒183Dali183A邯09-41344Han09-41344B錦科018Jinke018A大粒403-1Dali403-1A東麥一號Dongmai1B沙農(nóng)7069Shanong7069B大粒405-1Dali405-1A科茂724Kemao724B濟麥19Jimai19B大粒405-2Dali405-2A衡1132Heng1132A濟南16號Jinan16A大粒421-2Dali421-2B石09-7015Shi09-7015B山農(nóng)2618Shannong2618B大粒424Dali424B藁豐4087Gaofeng4087B山農(nóng)1455Shannong1455A大粒427Dali427B衡09-6084Heng09-6084C良星66Liangxing66B大粒437-18Dali437-18C藁麥1622Gaomai1622C濟寧18Jining18BF5-11-1A惠農(nóng)一號Huinong1B山農(nóng)02-48Shannong02-48BF5-11-2A中種麥16Zhongzhongmai16B山農(nóng)14號Shannong14B大粒151早Dali151zaoA中沃麥1號Zhongwomai1C濟037042Ji037042B大粒103Dali103A河農(nóng)222Henong222B

(續(xù)表2 Continued table 2)

品種Variety等位類型Allelictype品種Variety等位類型Allelictype品種Variety等位類型Allelictype煙農(nóng)19號Yannong19B大粒60Dali60B邯5834Han5834A泰農(nóng)18Tainong18B大粒74NDali74NA金麥6188Jinmai6188A邯4589Han4589A大粒75NDali75NB輪選1122Lunxuan1122B邯3475Han3475A大粒39矮Dali39aiA金麥6289Jinmai6289A邯5316Han5316A大粒4-2Dali4-2B邯農(nóng)1412Hannong1412B邯6172Han6172A大粒4-3Dali4-3BH103-004B邯02-6018Han02-6018A大粒7-10Dali7-10B萬豐829Wanfeng829B邯06-5170Han06-5170B大粒7-15Dali7-15A曲麥26號Qumai26B邯6228Han6228C大粒8-23Dali8-23B科農(nóng)2011Kenong2011A邯8062Han8062BE42-03-5-3-1-2A衡1137Heng1137B邯05-4860Han05-4860AE42-03-6-3-1-1A泰農(nóng)2987Tainong2987B邯農(nóng)233Hannong233BI31-03-1-7-8-1ALS4223B邯農(nóng)351Hannong351AI31-03-3-1-3-2B泰山4241Taishan4241C邯03-5054Han03-5054A京冬8號BC4S2-4-1-1Jingdong8BC4S2-4-1-1C衡09觀76Heng09guan76B衡04-4358Heng04-4358A京冬8號BC4S2-4-1-11Jingdong8BC4S2-4-1-11B新麥0208Xinmai0208A衡05-4444Heng05-4444A京冬8號BC4S2-4-11-1Jingdong8BC4S2-4-11-1B河農(nóng)5290Henong5290B衡觀35Hengguan35B京冬8號BC4S2-4-6-1Jingdong8BC4S2-4-6-1B濟麥22Jimai22C衡4338Heng4338C京冬8號BC4S2-4-16-1Jingdong8BC4S2-4-16-1B邯05-5092Han05-5092A衡4399Heng4399A京冬8號BC4S2-5-1-2Jingdong8BC4S2-5-1-2B石B07-4056ShiB07-4056B衡7228Heng7228B農(nóng)大3197BC3S2-1-2-4Nongda3197BC3S2-1-2-4B衡4568Heng4568B衡觀115Hengguan115A農(nóng)大3197BC3S2-1-2-7Nongda3197BC3S2-1-2-7BLS6045B衡選5號Hengxuan5A農(nóng)大3197BC3S2-1-3-2Nongda3197BC3S2-1-3-2B煙09135Yan09135C衡0628Heng0628C農(nóng)大3197BC3S2-1-7-2Nongda3197BC3S2-1-7-2B良星99Liangxing99A衡216Heng216A新麥9號BC5S2-16-7-9Xinmai9BC5S2-16-7-9B石麥15Shimai15A衡5011Heng5011B中麥9號Zhongmai9B煙99102Yan99102B衡5317Heng5317B中麥9號BC4S2-3-7-1Zhongmai9BC4S2-3-7-1B鑫麥296Xinmai296B衡5362Heng5362B石B08-5341ShiB08-5341B煙農(nóng)15Yannong15C衡5223Heng5223B汶航6號Wenhang6B煙農(nóng)24Yannong24B衡562Heng562B石4185Shi4185B濟麥21Jimai21C邢麥7號Xingmai7A濟麥6097Jimai6097B藁8901Gao8901C邢麥6號Xingmai6B衡4422Heng4422B中優(yōu)9507Zhongyou9507A蕾麥1號Leimai1B山農(nóng)055849Shannong055849B農(nóng)大3197Nongda3197A邢B-357XingB-357A泰農(nóng)8681Tainong8681B京冬8號Jingdong8C邢麥10號Xingmai10B中麥349Zhongmai349A魯麥16Lumai16A石家莊8號Shijiazhuang8B衡5364Heng5364B魯麥21Lumai21B石02Z222Shi02Z222B山農(nóng)22號Shannong22C濟南17Jinan17C石優(yōu)17Shiyou17B棗9919Zao9919C豫麥47Yumai47B石02B5289Shi02B5289B邢麥9號Xingmai9B豫麥49Yumai49B石06-5144Shi06-5144B邯05-5093Han05-5093B溫麥8號Wenmai8A石麥19Shimai19B衡07-5114Heng07-5114B淮麥18Huaimai18B石麥18Shimai18A冀麥585Jimai585C科農(nóng)2009Kenong2009A石04-5012Shi04-5012A石麥22號Shimai22C小偃54Xiaoyan54A石06U-4532Shi06U-4532B邯早1號Hanzao1B冀5265Ji5265A石06-7394Shi06-7394B輪選5191Lunxuan5191B齊麥2號Qimai2A石新828Shixin828A石08-4741Shi08-4741BSH4300A石新836Shixin836C石H083-366ShiH083-366C中植1號Zhongzhi1A石新616Shixin616A藁優(yōu)5766Gaoyou5766B石新833Shixin833C衡6421Heng6421A

表3 Xgwm46等位變異類型的分布頻率Table 3 Frequencies of Xgwm46 allelic variations

1：金豐4130；2：金禾9123；3：豫麥34；4：百農(nóng)4330；5：周麥24；6：濟南16；7：濟麥19；8：山農(nóng)2618；9：良星66；10：天禾10號；11：邯農(nóng)233；12：邯3475；13：邢麥6號；14：大粒110-4；15：大粒103；16：衡0628；17：煙農(nóng)19號；18：冀麥185；19：金豐5032；20：石麥19。

1:Jinfeng 4130; 2:Jinhe 9123; 3:Yumai 34; 4:Bainong 4330; 5:Zhoumai 24; 6:Jinan 16; 7:Jimai 19; 8:Shannong 2618; 9:Liangxing 66; 10:Tianhe 10; 11:Hannong 233; 12:Han 3475; 13:Xingmai 6; 14:Dali 110-4; 15:Dali 103; 16:Heng 0628; 17:Yannong 19; 18:Jimai 185; 19:Jinfeng 5032; 20:Shimai 19.

圖1 用標(biāo)記Xgwm46擴增出的PCR片段類型

不同大寫和小寫字母分別表示在0.001和0.05水平下差異顯著(LSD方法)。

Different capital and lowercase letters are significantly different atP<0.001 andP<0.05,respectively (LSD method).

進(jìn)一步對Xgwm46標(biāo)記擴增出的3種等位變異類型與千粒重、粒長、粒寬和籽粒面積進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果(表5)發(fā)現(xiàn)，A類型與千粒重、粒長、粒寬和籽粒面積均呈負(fù)相關(guān)，且相關(guān)都不顯著；B類型與千粒重呈極顯著正相關(guān)，與粒長、粒寬和籽粒面積均呈顯著正相關(guān)；C類型與千粒重呈極顯著負(fù)相關(guān)，與粒長、粒寬和籽粒面積均呈顯著負(fù)相關(guān)。

綜合上述對Xgwm46標(biāo)記的3種等位變異類型與千粒重、粒長、粒寬及籽粒面積的關(guān)聯(lián)分析，B和C類型與千粒重、粒長、粒寬和籽粒面積等粒重性狀具有極顯著/顯著的相關(guān)性。對這兩種等位變異類型的材料進(jìn)一步比較發(fā)現(xiàn)，B類型比C類型的材料平均粒長高0.16 mm，粒寬高0.10 mm，籽粒面積高0.81 mm2，千粒重高1.98 g。在粒重及其構(gòu)成要素中，增幅順序依次為籽粒面積(4.93%)>千粒重(4.45%)>粒寬(3.07%)>粒長(2.57%)。以上結(jié)果表明，B類型對應(yīng)更高的籽粒表型性狀，對粒重及其構(gòu)成要素是優(yōu)異的等位變異；而C類型的材料具有較低的籽粒表型性狀，是粒重性狀的不良等位變異。

表5 Xgwm46等位變異類型與粒重表型性狀的相關(guān)系數(shù)Table 5 Correlation coefficients between Xgwm46 allelic variations and phenotypic traits of kernel weight

*和**表示在0.05和0.01水平上顯著相關(guān)。

* and ** indicate significant correlation at 0.05 and 0.01 levels,respectively.

3 討 論

盡管目前粒重已成為小麥產(chǎn)量性狀遺傳研究的熱點之一，但國內(nèi)外學(xué)者更集中于利用回交群體、DH群體和重組自交系等進(jìn)行QTL定位研究上，這些QTL分析僅局限于雙親及它們的重組材料中，存在較大的群體局限性。我們只能獲知某一位點與粒重相關(guān)，并不清楚在種質(zhì)資源中該位點有多少等位變異，也不清楚哪些等位變異在育種中屬于優(yōu)良等位變異，哪些等位變異屬于不良等位變異，從而導(dǎo)致QTL定位應(yīng)用于育種實際效果并不理想。為了探究Xgwm46標(biāo)記在我國黃淮麥區(qū)的實際育種價值，本研究利用審定品種和區(qū)試品系等貼近生產(chǎn)實際的自然群體作為研究對象，獲得了更為廣泛的遺傳基礎(chǔ)，此外，考慮到小麥千粒重受氣候、生產(chǎn)條件等因素影響，年際間差異較大，我們分析比較了Xgwm46標(biāo)記不同等位類型在2個環(huán)境下千粒重性狀上的表型數(shù)據(jù)，并擴展到粒重其他構(gòu)成要素，包括粒長、粒寬和籽粒面積等性狀的分析，更有利于進(jìn)行標(biāo)記不同等位變異類型與性狀的關(guān)聯(lián)分析，從而準(zhǔn)確評價標(biāo)記的功能性。

Xgwm46標(biāo)記已被用于不同小麥群體的遺傳變異分析[21-22]，但對于其與粒重性狀的相關(guān)性分析報道很少，Huang等[7]鑒定其是一個與千粒重主效QTL緊密連鎖的SSR標(biāo)記。本研究用Xgwm46標(biāo)記擴增出A、B、C三種類型的產(chǎn)物，表明在所用的442份小麥材料中存在3種等位變異類型，通過對供試材料的千粒重、粒長、粒寬和籽粒面積等性狀的數(shù)據(jù)分析，從中表現(xiàn)的規(guī)律來看均支持Xgwm46標(biāo)記的B等位變異類型是提高粒重性狀的優(yōu)異等位變異。供試材料中包含本課題組過去10多年創(chuàng)制的一批大粒種質(zhì)資源，其中有27份材料含有B等位類型，平均千粒重達(dá)到54.56 g，粒長為6.91 mm，粒寬為3.39 mm，籽粒面積為18.86 mm2，粒重表型性狀突出，明顯高于供試材料平均值。這些材料可能攜帶著更重要的控制高粒重性狀的基因，有待進(jìn)一步挖掘與解析。

對B和C等位類型的材料進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，B等位類型在自育品系和參加區(qū)試品系中所占的比例分別為62.73%和64.09%，明顯高于已審定品種中所占比例(30.36%)；而C等位類型在自育品系和參加區(qū)試品系中所占的比例分別為8.18%和10.00%，明顯低于已審定品種中所占比例(23.21%)。說明隨著小麥單產(chǎn)水平的不斷提高，目前增產(chǎn)難度日益加大，粒重選擇壓力亦呈現(xiàn)高壓勢態(tài)，育種家必須不斷提高材料中優(yōu)異等位變異所占比例或是降低不良等位變異所占比例才能應(yīng)對這一趨勢的變化。此外，據(jù)筆者了解，大多數(shù)育種單位并沒有系統(tǒng)開展分子標(biāo)記輔助選擇的工作，育種家們通過田間農(nóng)藝性狀人為選擇，很自然的保留了含有優(yōu)異等位變異的材料，證明通過對性狀表現(xiàn)型的合理選擇，可以實現(xiàn)優(yōu)良基因的聚合。

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Identification and Evaluation of Molecular Marker Xgwm46 Allelic Variations Associated with Kernel Weight in Wheat

LIU Yongwei1，ZHOU Shuo1，WANG Xuezheng2，SUN Guozhong1，DONG Fushuang1，CHAI Jianfang1，LI Chunjie3，ZHAO He1，WANG Haibo1

(1.Institute of Genetics and Physiology,Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences/Plant Genetic Engineering Center of Hebei Province,Shijiazhuang,Hebei 050051,China; 2.Dryland Farming Institute,Hebei Academy of Agricultural and Forestry Science,Hengshui,Hebei 053000,China; 3.The Seed Management Station of Hebei Province,Shijiazhuang,Hebei 050031,China)

In order to evaluate the application value of SSR marker Xgwm46 associated with kernel weight in breeding,442 wheat varieties (lines) in Yellow-Huai River Valley Winter Wheat Zone were genotyped using Xgwm46 to determine the allelic variation types and frequencies.Furthermore,the correlation analysis between Xgwm46 allelic variations and thousand kernel weight (TKW),kernel length (KL),kernel width (KW) and kernel area (KA) was conducted,and the value of each allelic variation in breeding was discussed.The results showed that a total of three types of allelic variation (A,B and C) can be detected by Xgwm46,and the frequencies were 31.90%,55.20% and 12.90%,respectively.Correlation analysis showed that significant difference was found in TKW (P<0.001),KL (P<0.05),KW (P<0.001) and KA (P<0.001) between B and C allelic variations,and significantly positive correlation was also found between B allelic variation and kernel weight traits,while significantly negative correlation was found between C allelic variation and kernel weight traits.Phenotypic changes of kernel traits showed that KL,KW,KA,and TKW of B allelic variation was 0.16 mm,0.10 mm,0.81 mm2and 1.98 g more than those of C allelic variation,respectively,which indicated the positive effect of B allelic variation was significant.In conclusion,SSR marker Xgwm46 was effective for selecting agronomic characters of kernel weight,in which B allelic variation was superior allele for the kernel weight and its constituent elements.The study provides useful information for marker-assisted selection breeding.

Wheat; Kernel weight; Xgwm46; Allelic variation; Application value

時間：2017-01-03

2016-09-19

2016-10-31

國家重點研發(fā)計劃項目“主要農(nóng)作物品質(zhì)性狀形成的分子基礎(chǔ)”(2016YFD0100500)；河北省農(nóng)林科學(xué)院科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計劃項目(A2015110102)；北京全式金生物技術(shù)有限公司Trans助研夢想基金項目(Trans-RasDF-003)

E-mail：liuywmail@126.com(劉永偉)；zhoushuobio@163.com(周 碩，與第一作者同等貢獻(xiàn))

趙 和(E-mail：hezhao311@163.com)

S512.1；S336

A

1009-1041(2017)01-0007-09

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170103.1625.004.html