利用660K芯片解析小麥品種濟麥262的遺傳構成

梅耀杰，劉成，韓冉，徐文競，劉建軍，傅曉藝，李洪振，汪曉璐，李豪圣

（1.山東省農業(yè)科學院作物研究所／農業(yè)農村部黃淮北部小麥生物學與遺傳育種重點實驗室／小麥玉米國家工程實驗室，山東 濟南 250100；2.煙臺大學生命科學學院，山東 煙臺 264005；3.石家莊市農林科學研究院，河北 石家莊 050049；4.武城縣農業(yè)農村局，山東 武城 253300）

小麥是全世界分布最廣、種植面積和貿易總量最大的作物，其產業(yè)發(fā)展情況關系著國家糧食安全和社會穩(wěn)定。在小麥遺傳改良中，提高小麥遺傳多樣性的利用對緩解我國小麥品種遺傳基礎狹窄和培育適應市場的多元化品種具有重要意義。因此，研究不同類型小麥的遺傳構成，可為小麥育種的親本選配提供理論支撐，同時為新種質創(chuàng)制和新品種選育提供指導［1］。

單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）標記與其他分子標記相比，具有多態(tài)性豐富、能較真實反映小麥品種間的親緣關系等優(yōu)點［2-4］，是研究小麥品種遺傳多樣性的優(yōu)異手段［5］。近年來，基于小麥SNP的90K、55K和660K等芯片的成功研發(fā)，極大地加速了小麥遺傳多樣性研究以及基因定位與克隆的進程［6-8］。曹廷杰等［5］利用小麥高密度90K芯片對2000—2013年間河南省審品種和部分大面積種植的國審品種進行遺傳多樣性分析，表明參試品種間遺傳相似度較高，而且品種間遺傳多樣性逐漸降低。李聰等［8］利用小麥55K SNP芯片檢測到控制穗長和株高的QTL。Liu等［9］利用90K和600K SNP標記對小麥黑點病進行研究，檢測到18個新黑點病相關位點。

濟麥262是山東省農業(yè)科學院作物研究所小麥遺傳育種團隊以臨麥2號為母本、以煙農19為父本雜交選育出的抗旱節(jié)水小麥新品種，該品種在山東省旱地區(qū)域試驗中，平均單產6 939.30 kg，較對照魯麥21增產9.74%，是近十年來增產幅度最大的旱地小麥品種。本研究利用660K SNP芯片對濟麥262及其親本進行全基因組掃描，分析了其遺傳構成并對其親本的遺傳貢獻做出評價，旨在為小麥新品種培育和濟麥262抗旱研究提供重要信息基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

濟麥262保存于山東省農業(yè)科學院作物研究所小麥遺傳育種團隊；臨麥2號由臨沂市農業(yè)科學院李寶強研究員提供；煙農19由煙臺市農業(yè)科學研究院李林志研究員提供。

1.2 SNP芯片檢測與分析

每個材料取20株小麥幼苗葉片，參照Liu等［9］的方法提取基因組DNA。用NanoDrop2000測定DNA濃度，用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA提取液的完整性，DNA含量均大于2 ng。利用660K SNP芯片對材料進行全基因組掃描，該芯片由中國農業(yè)科學院設計，利用Affymetrix SNP技術平臺（北京博奧生物有限公司）檢測。

利用得到的SNP基因型數據分析濟麥262及其親本的遺傳構成。如果特定SNP位點的濟麥262基因型與特定親本的基因型相同，則認為濟麥262從該特定親本遺傳了該基因座；存在于濟麥262中但雙親均不存在的位點被視為新位點；存在于其雙親中而在濟麥262中不存在的位點被視為缺失位點。隨后，計算每個親本對濟麥262基因組貢獻的SNP位點數。一個親本對濟麥262的基因組貢獻定義為從一個親本遺傳的SNP位點數量與親本間多態(tài)性SNP位點總數之比。

1.3 利用SNP數據構建基因型圖譜

根據SNP位點側翼序列與中國春參考序列v.1.1［10］的序列比對，將不同染色體上的SNP位點從短臂到長臂進行排序。用Microsoft Excel進行數據分析與作圖。通過已知的濟麥262及親本的A、B和D染色體組上的SNP位點的位置，來繪制濟麥262的遺傳圖譜。

2 結果與分析

2.1 濟麥262的遺傳構成及其親本的遺傳貢獻

利用小麥660K芯片進行基因解析，共檢測出63 735個有效SNP位點，其中與兩個親本都相同的位點共有42 216個（66.2%），只與親本之一相同的位點共有21 519個（33.8%）。在A、B和D基因組中，B基因組的SNP數量最多，占總SNPs的38.2%，其次是A基因組（34.9%），D基因組的SNP數量最少（26.8%）（圖1）。

根據得到的SNP位點對濟麥262的基因組構成進行分析，結果（圖2）顯示，母本臨麥2號對濟麥262基因組的貢獻率為59.0%，父本煙農19對濟麥262基因組的貢獻率為41.0%，母本對濟麥262的遺傳貢獻率大于父本。在染色體水平上，臨麥2號對濟麥262的遺傳貢獻表現(xiàn)為A基因組（67.8%）＞D基因組（57.6%）＞B基因組（52.3%），且在各染色體組中貢獻率最高的分別為6A（95.0%）、1B（94.0%）和7D（69.0%），最低的分別為4A（16.0%）、5B（12.0%）和4D（24.0%）。煙農19對濟麥262的遺傳貢獻表現(xiàn)為B基因組（47.7%）＞D基因組（42.4%）＞A基因組（32.2%），且在各染色體組中貢獻率最高的分別為4A（84.0%）、5B（88.0%）和4D（76.0%），最低的分別為6A（5.0%）、1B（6.0%）和7D（31.0%）。

圖1 濟麥262染色體上的SNP位點分布

圖2 臨麥2號和煙農19對濟麥262的遺傳貢獻率

2.2 濟麥262及其親本SNP位點比較

濟麥262及其親本的遺傳圖譜根據不同染色體上SNP位點的等位基因和物理位置構建。圖譜顯示遺傳于親本的SNP位點差異顯著（圖3）。在染色體1A、3A、5A、6A、7A、1B、2B、3B、4B、1D、2D、3D、5D和7D的大部分SNP位點來源于臨麥2號，表現(xiàn)為母本臨麥2號的遺傳貢獻大于父本煙農19且都超過50%。染色體2A、4A、5B、6B、7B、4D和6D的大部分SNP位點來源于煙農19，表現(xiàn)為父本煙農19的遺傳貢獻大于母本臨麥2號。

圖3 濟麥262的SNP基因型圖譜

3 討論與結論

SNP除了能夠構建高密度的遺傳基因圖譜外，還能夠對小麥的全基因組進行關聯(lián)分析、對目標性狀進行分子標記用于選擇育種等［11］。Sukumaran等［12］利用90K SNP芯片對287個小麥材料進行全基因組掃描，檢測到2個與千粒重、4個與籽粒產量、5個與成熟期有關的位點。禹文龍［13］利用90K SNP芯片對121個小麥品種鹽脅迫下根鮮重、莖鮮重等6個性狀進行研究，檢測到與6個性狀相關的47個耐鹽QTL。高艷等［14］利用55K SNP芯片對周麥22及其衍生的80個品種（系）進行全基因組掃描，發(fā)現(xiàn)遺傳相似系數平均為0.685，品種（系）間差異較大。李俊等［15］利用SSR和DArT標記解析了川麥104的遺傳構成，發(fā)現(xiàn)了來自于親本的25個染色體區(qū)段。陳建省等［16］利用90K SNP芯片檢測到9個控制粒重的QTL。宋曉朋［17］利用小麥90K SNP芯片對黃淮麥區(qū)144個小麥品種遺傳多樣性分析表明黃淮麥區(qū)小麥品種可以分為5個類群，品種的分類與其生態(tài)種植區(qū)域和親緣關系相關。本研究利用660K SNP芯片對濟麥262及其親本進行全基因組掃描，對其遺傳構成進行解析，說明利用SNP芯片是研究小麥遺傳多樣性和遺傳構成的有效方法之一。

作物品種改良可以通過常規(guī)雜交、染色體工程、理化誘變和分子標記輔助選擇等方式。在小麥遺傳改良中，利用骨干親本可以培育出一批新品種或應用價值較高的衍生材料［18］。有研究報道，小麥骨干親本在后代中的遺傳會出現(xiàn)偏親現(xiàn)象［15，19，20］。本研究結果表明，濟麥262的母本臨麥2號的遺傳貢獻率（59.0%）高于父本煙農19（41.0%），染色體間存在顯著差異，在1A、3A、5A、6A、7A、1B、2B、3B、4B、1D、2D、3D、5D和7D中表現(xiàn)為母本臨麥2號的遺傳貢獻大于父本煙農19且都超過50%，而在2A、4A、5B、6B、7B、4D和6D中表現(xiàn)為母本臨麥2號的遺傳貢獻小于父本煙農19，出現(xiàn)明顯的偏親現(xiàn)象。在自然進化、人工馴化和人工選擇過程中，因受生態(tài)條件、偶發(fā)自然災害、育種方式和定向選擇等眾多因素影響，遺傳貢獻會出現(xiàn)各種類型的偏親現(xiàn)象。

濟麥262的母本臨麥2號在大面積推廣過程中表現(xiàn)豐產、穩(wěn)產、優(yōu)質、抗病等優(yōu)異性狀［21］，父本煙農19也是一個優(yōu)質、高產、廣適性小麥新品種。育種家根據選育條件和育種目標，擇優(yōu)汰劣，水地條件下側重對其豐產性狀的選擇，旱地條件下側重其抗逆性狀的選擇，使具有目標性狀的材料在選擇中被保留下來，最終育成抗旱節(jié)水、高產穩(wěn)產、水旱兩用型小麥新品種濟麥262。鄒少奎等［19］對周麥23的研究表明，母本周麥13的遺傳貢獻（63.0%）遠高于父本新麥9號（37.0%）；之后其又利用SSR標記對周麥22的遺傳基礎進行解析，結果表明溫麥6號對周麥22的遺傳貢獻最大（37.4%），其次是周麥13（36.1%），周麥12的貢獻最?。?6.5%）［22］?？鬃用鞯龋?3］對周麥16的遺傳構成分析顯示，父本周8425B對周麥16的遺傳貢獻率（64.3%）遠高于母本周麥9號（35.68%）。楊子博等［24］對高產節(jié)水抗旱淮麥33的遺傳構成分析顯示，其相較于父本鄭麥991（26.1%）更多地繼承了母本煙農19（73.9%）的遺傳物質。與上述研究報道相似，本研究顯示濟麥262的高產抗旱特性也可能更多的遺傳于其母本。

致謝：感謝中國農業(yè)科學院作物科學研究所肖永貴研究員在芯片檢測與分析方面給予的大力幫助！感謝中玉金標記（北京）生物技術股份有限公司路亞明老師在濟麥262的SNP基因型圖譜構建方面給予的大力幫助！