鄭品麥24 號的遺傳構(gòu)成及重要性狀功能基因組成解析

陳曉杰，范家霖，楊保安，楊 科，張福彥，程仲杰，王嘉歡，白鶴峰，張建偉

（1. 河南省科學(xué)院同位素研究所有限責(zé)任公司/河南省核農(nóng)學(xué)重點實驗室，河南 鄭州 450015；2. 鄭州市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，河南 鄭州 450006；3. 河南金苑種業(yè)股份有限公司，河南 鄭州 450001）

小麥（Triticum aestivumL.）是我國主要的糧食作物之一，其產(chǎn)量對我國糧食安全具有舉足輕重的作用。在人口不斷增長、耕地難以增加、水資源不足、突發(fā)性極端天氣增多及病蟲害頻發(fā)等因素的制約下，要滿足人們對小麥日益增長的需求，提高小麥單產(chǎn)是重要且有效的途徑。小麥品種更新對于單產(chǎn)的提高具有重要作用，研究認(rèn)為，優(yōu)良品種對提高產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率超過1/3[1‐2]。因此，不斷培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、廣適小麥新品種才能為小麥持續(xù)增產(chǎn)提供保障。準(zhǔn)確掌握小麥品種的特征特性、遺傳構(gòu)成將有助于其遺傳改良和栽培推廣。早期，育種家常常利用系譜、形態(tài)和生理生化性狀等來分析小麥品種的親緣關(guān)系和遺傳基礎(chǔ)[3‐4]。由于人工選擇強烈參與到新品種選育的過程，親本的遺傳物質(zhì)在后代育成品種中往往發(fā)生較大偏分離。因此，通過系譜分析、形態(tài)和生理生化性狀分析不能完全準(zhǔn)確地反映品種間的親緣關(guān)系。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，研究者開始從分子水平上研究生物之間的親緣關(guān)系，利用各種分子標(biāo)記技術(shù)對小麥親本及衍生品種的遺傳結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析[5‐8]。

隨著小麥參考基因組序列測定的完成和不斷深入，越來越多的小麥重要性狀相關(guān)基因被定位或克隆，為育種家了解各小麥品種的重要性狀基因組成提供了依據(jù)，為將來分子設(shè)計育種提供了支持。KASP（Kompetitive allele‐specific PCR）技術(shù)是由英國LGC 公司開發(fā)的新一代SNP（Single nucleotide polymorphism）檢測技術(shù)，具有準(zhǔn)確性高、位點適應(yīng)性強、高通量、成本低等優(yōu)勢[9]。目前，KASP 標(biāo)記已在分子輔助育種、QTL 定位、親本品種鑒定及大規(guī)模樣本篩選等方面得到應(yīng)用[10‐11]。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所何中虎研究員團(tuán)隊開發(fā)的小麥50K SNP育種芯片不僅標(biāo)記數(shù)量多、分布較均勻，而且包括上百個株高、粒質(zhì)量、品質(zhì)、春化、光周期、開花、抗病、抗逆等相關(guān)基因等位變異的KASP 功能標(biāo)記，在遺傳改良和育種上具有更高的利用價值[12‐14]。

目前，已經(jīng)開發(fā)了準(zhǔn)確鑒定降低株高（Reduced height，Rht）基因Rht-B1b和Rht-D1b的功能標(biāo)記。Rht-B1a為野生高稈基因型，Rht-B1a＋197、Rht-B1a＋160、Rht-B1b為矮稈等位基因；Rht-D1a為高稈基因型，Rht-D1b為半矮稈基因型[15‐16]。普通小麥粒質(zhì)量相關(guān)功能基因如細(xì)胞壁轉(zhuǎn)化酶（Cell wall invertase）基因TaCwi-A1，蔗糖合成酶（Sucrose synthase）基因TaSus2-2A、TaSus2-2B和谷氨酰胺合成酶（Glutamine synthase）基因TaGS-D1等10 多個功能基因標(biāo)記已經(jīng)被開發(fā)和驗證，這些基因單個的效應(yīng)均較小，但聚合多個有利基因位點能增加粒質(zhì)量和粒大小[17‐20]。此外，小穗發(fā)育相關(guān)基因TaMoc-A1（Monoculm A1）不僅影響粒數(shù)，還與抗旱相關(guān)[21]。

小麥高分子質(zhì)量谷蛋白亞基（High‐molecular‐weight glutenin subunits）和低分子質(zhì)量谷蛋白亞基是面筋的主要成分，影響面團(tuán)強度和彈性[22]。Glu-A1位點中1和2?是優(yōu)質(zhì)亞基基因，與面團(tuán)的強度和面包的烘烤質(zhì)量顯著相關(guān)[23]；Glu-D1位點的5+10亞基基因?qū)π←溍娣酆婵酒焚|(zhì)的貢獻(xiàn)最大，對制作面包最有利[24]。籽粒硬度（Puroindoline）是小麥重要品質(zhì)指標(biāo)之一，也是小麥分類和定價的依據(jù)之一，主要受Pina和Pinb控制，Pina-D1a和Pinb-D1a為野生軟質(zhì)基因型，其他為硬質(zhì)基因型[25‐26]。面粉色澤是小麥重要的品質(zhì)性狀之一，直接影響面條、饅頭等面制品的外觀品質(zhì)，色澤越白的面粉越受喜愛。多酚氧化酶（Polyphenol oxidase）基因Ppo-A1、Ppo-D1。胡蘿卜素脫氫酶（ζ‐carotene desaturase）基因TaZds-D及八氫番茄紅素合成酶（Phytoene synthase）基因Psy-A1和Psy-B1等都對面粉色澤有影響[27‐29]，育種家可根據(jù)品種所含等位基因類型輔助選擇。

根據(jù)小麥品種對春化時間長短和最適低溫要求的不同，可分為冬性小麥、弱（半）冬性小麥和春性小麥3 種類型，春化基因Vrn（Vernalization）不僅調(diào)控春化反應(yīng)而且調(diào)控光周期反應(yīng)中長日條件下的開花過程，影響小麥生育期長短。對春化基因研究利用較多的是Vrn1的3 個等位基因Vrn-A1、Vrn-B1和Vrn-D1，它們對春化作用的效應(yīng)不同，Vrn-A1的春化效應(yīng)最強，且對Vrn-B1、Vrn-D1有上位性效應(yīng)。這3 個基因中的任何一個為顯性，小麥即表現(xiàn)為春性；當(dāng)這3個基因全為隱性時，小麥則表現(xiàn)為冬性[30‐31]。光周期是影響植物開花的另一個重要環(huán)境因素，根據(jù)植物對光照長度的敏感性，可將植物分為光周期敏感型和不敏感型，控制小麥光周期（Photoperiod）的基因主要有Ppd-A1、Ppd-B1和Ppd-D1。含顯性基因Ppd-D1a、Ppd-B1a和Ppd-A1a的小麥材料對光照長度不敏感，為光周期不敏感型；含隱性基因Ppd-D1b、Ppd-B1b和Ppd-A1b的小麥材料需要長日照才能開花，為光周期敏感型[31‐32]。含有相同的春化基因和光周期基因組合的材料在開花時間上仍表現(xiàn)一定差異，這種差異由早熟性基因引起，包括早開花（Early flowering）基因TaELF3-A1、TaELF3-B1和TaELF3-D1，其中TaELF3-B1和TaELF3-D1起主要作用[33‐34]。此外，多個抗稈銹?。⊿tem rust）基因Sr2、Sr25、Sr36[35]，抗葉銹?。↙eaf rust）基因Lr34、Lr67[36]，抗旱相關(guān)的果聚糖外切水解酶（Fructan exohydrolase）基因1-fehw3、Avenin-like 蛋白基因ALPb7A、咖啡酸-O-甲基轉(zhuǎn)移酶（Caffeic acid O‐methyltransferase）基因COMT3B、脫水反應(yīng)元件結(jié)合蛋白（Dehydration responsive element binding protein）基因DREB-B1等[37‐39]，抗穗發(fā)芽相關(guān)基因如種子休眠（Seed dormancy） 基 因TaSdr-A1、TaSdr-B1、Vp1B1（Viviparous 1 B1）等[40‐41]的功能標(biāo)記也被開發(fā)整合到育種芯片中[14]。

鄭品麥24號是以弱春性、優(yōu)質(zhì)、強筋、廣適小麥品種豫麥34-6 為母本，以半冬性、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、廣適小麥品種周麥18 的矮稈高產(chǎn)突變體豫同194 為父本，雜交選育而成的半冬性、矮稈抗倒、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、廣適小麥新品種，2018 年通過河南省審定（豫審麥20180031），2019 年和2020 年分別通過安徽省和陜西省引種備案（皖引麥2019009，陜引麥2020014號），具有較大推廣潛力[42]，研究其遺傳構(gòu)成及重要性狀基因組成具有重要意義。為此，利用小麥50K SNP 育種芯片，對鄭品麥24 號及其父母本進(jìn)行分子標(biāo)記檢測，明確該品種遺傳構(gòu)成、重要性狀功能基因組成，為其遺傳改良和生產(chǎn)應(yīng)用提供參考。

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試小麥品種鄭品麥24號，由河南省科學(xué)院同位素研究所有限責(zé)任公司選育，其母本34-6、父本豫同194均由河南省科學(xué)院同位素研究所核農(nóng)學(xué)實驗室小麥誘變育種團(tuán)隊提供。

1.2 產(chǎn)量性狀及品質(zhì)分析

供試小麥材料于2019—2020 年種植于河南省科學(xué)院新鄭試驗基地，條溝點播，每個材料種5 行，行長2 m，行距20 cm，株距3 cm。成熟期，取樣考種，測量株高、穗粒數(shù)、成穗數(shù)；收獲中間3行測定千粒質(zhì)量，并用波通近紅外分析儀DA7200 快速測定籽粒蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量等品質(zhì)指標(biāo)。2015—2016 年和2016—2017 年區(qū)域試驗品質(zhì)分析由河南省種子管理站統(tǒng)一在安陽、新鄉(xiāng)、洛陽、周口、漯河市5 個試驗點分別取樣1 kg，多點混樣后送農(nóng)業(yè)部谷物品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心（鄭州）分析。

1.3 遺傳構(gòu)成及重要性狀功能基因組成分析

委托博奧晶典生物技術(shù)有限公司利用小麥50K SNP育種芯片對鄭品麥24號及其雙親進(jìn)行SNP分析及功能基因KASP 標(biāo)記分析。首先剔除雜合或缺失的SNP 位點，保留親本和子代中純合SNP 位點用于遺傳貢獻(xiàn)率和相似系數(shù)分析。根據(jù)雙親間純合差異SNP位點數(shù)計算雙親遺傳物質(zhì)對子代的遺傳貢獻(xiàn)率，某一親本對后代的遺傳貢獻(xiàn)率為后代中同該親本相同的特異位點數(shù)與雙親特異位點總數(shù)的百分比。將所有純合SNP 位點數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為1（純合AA）和2（純合BB），建立原始矩陣，用NTSYS-PC ver.2.1軟件計算品種間遺傳相似系數(shù)。利用GGT 2.0 軟件，根據(jù)有確切染色體位置信息的SNP 標(biāo)記繪制鄭品麥24號及其親本的SNP基因型圖譜。

對鄭品麥24 號及其親本的株高、千粒質(zhì)量、粒數(shù)、籽粒大小、高分子質(zhì)量谷蛋白亞基、低分子質(zhì)量谷蛋白亞基、硬度、面團(tuán)色澤、光周期、春化、開花、抗旱、抗穗發(fā)芽、抗條銹病、抗葉銹病等重要性狀相關(guān)基因進(jìn)行基因型分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鄭品麥24號及其親本的系譜分析

鄭品麥24 號的母本豫麥34-6 是優(yōu)質(zhì)強筋小麥豫麥34 號的選優(yōu)系，豫麥34-6 是以冬性矮稈、多抗、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)小麥骨干親本矮孟牛為母本，以弱冬性、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、廣適、優(yōu)質(zhì)小麥骨干品種豫麥2號為父本雜交選育而成的（圖1）。鄭品麥24 號的父本豫同194是利用60Co-γ輻射誘變高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)小麥品種周麥18 獲得的能夠穩(wěn)定遺傳的矮稈抗倒、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)突變體。周麥18為黃淮南片麥區(qū)典型品種，其高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗逆、廣適性突出。周麥18 的母本為春性、大穗、早熟、抗銹小麥品種內(nèi)鄉(xiāng)185，父本為半冬性、中晚熟、高產(chǎn)黃淮南片主栽品種周麥9 號。周麥9號是以百農(nóng)791/豫麥2號F1為母本、以魯麥1號/偃師4 號F1為父本復(fù)合雜交選育而成的，魯麥1 號為矮孟牛姊妹系。系譜分析發(fā)現(xiàn)，鄭品麥24號含有小麥骨干親本豫麥2 號、矮孟牛、百農(nóng)791 和主栽品種周麥9 號、周麥18 及豫麥34-6 的血緣，鄭品麥24號父母本均含有骨干親本豫麥2號和矮孟牛的遺傳物質(zhì)。

圖1 鄭品麥24號及其親本系譜圖Fig.1 Pedigree of Zhengpinmai 24 and its parents

2.2 鄭品麥24號及其親本的株高、產(chǎn)量性狀、品質(zhì)指標(biāo)比較

由表1 可以看出，在2015—2017 年2 a 區(qū)試中，鄭品麥24 號株高分別為73.5、77.2 cm，成穗數(shù)分別為544.5萬、606.0萬穗/hm2，穗粒數(shù)分別為35.7、35.4粒，千粒質(zhì)量分別為46.4、44.6 g，與主要親本周麥18 相比，在同年試驗中鄭品麥24 號株高分別降低5.2%、6.1%，成穗數(shù)分別提高6.5%、8.4%，穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量與周麥18 相當(dāng)，分別增產(chǎn)5.29%、5.54%。在2019—2020 年試驗中，鄭品麥24 號株高與父本豫同194 接近，低于母本豫麥34-6 和親本周麥18；成穗數(shù)略高于父本豫同194，高于母本豫麥34-6 及親本周麥18；穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量略低于父本豫同194 及親本周麥18，高于母本豫麥34-6。測定的蛋白質(zhì)和濕面筋含量結(jié)果表明，鄭品麥24號的蛋白質(zhì)含量為14.45%，濕面筋含量為32.83%，2 個指標(biāo)均與父本豫同194 接近，低于母本豫麥34-6。2015—2017 年2 a 區(qū)試混合樣品質(zhì)分析結(jié)果顯示，鄭品麥24 號蛋白質(zhì)（干基）含量分別為14.07%、15.00%，濕面筋含量分別為32.1%、29.4%。

表1 鄭品麥24號及其親本的株高、產(chǎn)量性狀、品質(zhì)指標(biāo)Tab.1 The plant height，yield traits and quality indexes of Zhengpinmai 24 and its parents

此外，2016、2017 年鄭品麥24 號經(jīng)河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所接種鑒定，對條銹病分別表現(xiàn)為高抗、中抗，對葉銹病均表現(xiàn)為中感，對白粉病均表現(xiàn)為中感，對紋枯病均表現(xiàn)為中感，對赤霉病均表現(xiàn)為高感。

2.3 鄭品麥24號的遺傳構(gòu)成

通過小麥50K SNP 育種芯片共檢測到41 382個純合SNP 位點，在雙親豫麥34-6 和豫同194 間共檢測到8 322 個純合差異SNP 位點。利用雙親間純合差異SNP位點分析子代的遺傳構(gòu)成，鄭品麥24號與母本的SNP 位點相同且與父本SNP 位點不同時，認(rèn)為該SNP 位點由母本提供，反之由父本提供。在8 322 個SNP 位點中，6 857 個SNP 位點來源于父本豫同194，1 465 個SNP 位點來源于母本豫麥34-6（表2）。豫同194 和豫麥34-6 對鄭品麥24 號的遺傳貢獻(xiàn)率分別是82.40%和17.60%，表明鄭品麥24號更多地繼承了豫同194 的遺傳物質(zhì)。對鄭品麥24號及其雙親的遺傳相似系數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)鄭品麥24 號與豫同194 的遺傳相似系數(shù)為0.907，與豫麥34-6 的遺傳相似系數(shù)為0.701，表明鄭品麥24 號與父本豫同194的親緣關(guān)系更近。

表2 雙親對鄭品麥24號的遺傳貢獻(xiàn)Tab.2 The genetic contribution from parents to Zhengpinmai 24

續(xù)表2 雙親對鄭品麥24號的遺傳貢獻(xiàn)率Tab.2（Continued） The genetic contribution from parents to Zhengpinmai 24

雙親在基因組和染色體水平上對鄭品麥24 號的遺傳貢獻(xiàn)率分析結(jié)果（表2）顯示，在A 基因組，豫同194 和豫麥34-6 對鄭品麥24 號的遺傳貢獻(xiàn)率分別為87.73%和12.27%；在B 基因組，豫同194 和豫麥34-6對鄭品麥24號的遺傳貢獻(xiàn)率分別為83.00%和17.00%，與整體遺傳貢獻(xiàn)率接近；在D 基因組，豫同194 和豫麥34-6 對鄭品麥24 號的遺傳貢獻(xiàn)率分別為72.66%和27.34%。不同染色體間雙親對鄭品麥24 號的遺傳貢獻(xiàn)率變化較大，豫同194 在不同染色體上對鄭品麥24 號的遺傳貢獻(xiàn)率為29.02%～99.24%，除2A 和3D 染色體外，在其他染色體上對鄭品麥24 號的遺傳貢獻(xiàn)率均超過60%；豫麥34-6在不同染色體上對鄭品麥24 號的遺傳貢獻(xiàn)率為0.76%～70.98%。

在檢測到的41 382 個純合SNP 位點中，有33 703 個SNP 位點有確切染色體位置信息，24 905個SNP 位點在鄭品麥24 號及雙親間無差異，7 809個SNP 位點在雙親中存在差異；鄭品麥24 號有989個SNP 位點與雙親均不一致，占總數(shù)（33 703）的2.93%。依據(jù)這些SNP 位點信息，利用GGT 2.0軟件繪制了鄭品麥24 號及雙親的SNP 基因型圖譜（圖2）。雙親在染色體上的差異呈區(qū)段分布，其中6A、7A、1B、5B、6B、7B、1D、6D 染色體差異較多且差異區(qū)段較大，1A、2A、3A、3B、4B、2D、4D、5D、7D 染色體上差異也較多但以小區(qū)段分布，其余染色體差異區(qū)段較少。在2A 染色體上，鄭品麥24 號繼承較多的豫麥34-6遺傳區(qū)段，在5B、7B、3D、4D、5D、6D、7D 染色體上鄭品麥24 號繼承雙親的遺傳區(qū)段較接近，在其他染色體上鄭品麥24 號主要繼承了豫同194 的遺傳區(qū)段。遺傳貢獻(xiàn)率分析結(jié)果與SNP 基因型圖譜分析結(jié)果有較好的一致性。

圖2 鄭品麥24號及其親本21條染色體上SNP 基因型圖譜Fig.2 SNP genotype map on 21 chromosomes of Zhengpinmai 24 and its parents

2.4 鄭品麥24號及其親本重要性狀功能基因分析

利用小麥50K SNP 育種芯片上的純合KASP 標(biāo)記對鄭品麥24 號及其親本的株高、芒、粒質(zhì)量、粒數(shù)、籽粒大小等產(chǎn)量相關(guān)基因，高、低分子質(zhì)量谷蛋白亞基，硬度，面團(tuán)色澤等品質(zhì)相關(guān)基因，光周期、春化、開花等適應(yīng)性相關(guān)基因，抗旱、穗發(fā)芽、條銹病、葉銹病等抗逆相關(guān)基因進(jìn)行分析（表3—4）。

2.4.1 產(chǎn)量相關(guān)基因 對鄭品麥24 號及其親本的產(chǎn)量相關(guān)基因進(jìn)行分析（表3），發(fā)現(xiàn)鄭品麥24 號及其雙親均含有矮稈基因Rht-D1b、芒基因AWN，在鄭品麥24 號及其雙親間共檢測到14 個粒質(zhì)量、粒數(shù)、籽粒大小相關(guān)基因。鄭品麥24 號與父本豫同194 在這14 個基因的組成上完全一致，均含有谷氨酰胺合成酶基因TaGS5-A1b、TaGS2B1-Hap-H、TaGS-D1a，粒質(zhì)量（Grain weight）基因GW2-6BHap-1，千粒質(zhì)量（Thousand grain weight）基因TaTGW6-A1a、TaTGW-7Aa，蔗糖合成酶基因TaSus1-7B-Hap-T、TaSus2-2A-Hap-A、TaSus2-2BHap-H，共9 個高粒質(zhì)量等位基因；鄭品麥24 號與豫麥34-6 有4 個基因存在差異，分別是GW2-6B、TaGS2B1、TGW7、TaMoc-A1基因，豫麥34-6基因型分 別 為GW2-6B-Hap-2、TaGS2B1-Hap-L、TaTGW-7Ab低粒質(zhì)量等位基因和TaMoc-A1-Hap-H高粒數(shù)等位基因；此外，3 個小麥品種都攜帶3 個低粒質(zhì)量等位基因（TaCwi-A1b、TaGS2-A1a和

表3 鄭品麥24號及其親本株高、產(chǎn)量、品質(zhì)相關(guān)基因分型Tab.3 Genotyping of plant height，yield and quality related traits in Zhengpinmai 24 and its parents

TaTGW6-b）。

2.4.2 品質(zhì)相關(guān)基因 在鄭品麥24 號及其雙親中共檢測到11 個品質(zhì)性狀相關(guān)基因（表3）。鄭品麥24 號和豫同194Glu-A1和Glu-D1位點都是1和2＋12，豫麥34-6Glu-D1位點為優(yōu)質(zhì)亞基基因5+10。鄭品麥24 號和豫麥34-6 均含有硬質(zhì)主效等位基因Pina-D1b，豫同194 含有軟質(zhì)基因Pina-D1a。鄭品麥24號及其雙親其余8個品質(zhì)相關(guān)基因組成完全一致，均含有低分子質(zhì)量谷蛋白亞基基因Glu-A3a，低脂氧合酶活性（Lipoxygenase activity）基因Lox-B1b，能增加籽粒蛋白質(zhì)積累及促進(jìn)鋅、鐵等微量元素吸收的基因NAM-6A1a（No apical meristem 6 A1a），高多酚氧化酶活性基因PPO-A2c，高黃色素含量基因Psy-B1c、TaZds-D1a、Psy1Da-g（表4），低黃色素含量基因Psy-A1b。

2.4.3 春化、開花、光周期等相關(guān)基因 在鄭品麥24 號及其雙親中共檢測到3 個春化基因、2個開花基因和5 個光周期基因（表4）。其中，鄭品麥24 號上述10 個基因與父本豫同194 完全一致，與豫麥34-6僅Vrn-B1基因存在差異。鄭品麥24號含有冬性春化等位基因Vrn-A1b、vrn-B1和VrnD3-2174，而豫麥34-6 含有春性等位基因Vrn-B1b。鄭品麥24 號及其雙親均含有晚花等位基因TaELF3-B1Cadenza類型、TaELF3-D1Wild類型，光周期敏感等位基因Ppd-A1Wild 類型、TaPpdDD002Wild 類型、TaPpdDI001Insertion 類型以及光周期不敏感等位基因Ppd-B1Paragon 類型、TaPpdDD001Deletion類型。

表4 鄭品麥24號及其親本春化、開花、光周期、抗逆相關(guān)性狀基因分型Tab.4 Genotyping of vernalization，flowering，photoperiod and resistance related traits in Zhengpinmai 24 and its parents

2.4.4 抗逆相關(guān)基因 鄭品麥24 號與其母本豫麥34-6 均含有3 個抗銹病基因Lr67、Sr2和Sr25，豫同194無Sr2基因；鄭品麥24號與其雙親均含有1個抗旱等位基因TaDREB-B1a、1 個低穗發(fā)芽等位基因TaSdr-A1a、2 個不利抗旱等位基因COMT-3Bb和ALPb7A-AL3、2 個易發(fā)芽等位基因Vp1Ba和TaSdr-B1b。

3 結(jié)論與討論

隨著分子生物學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，近年來采用高通量DNA芯片替代早期的RAPD、RFLP和SSR等分子標(biāo)記來研究小麥品種的遺傳差異、親緣關(guān)系和遺傳物質(zhì)傳遞。前人利用20 對SSR 標(biāo)記在矮孟牛及其衍生品種（系）間共檢測到120 個多態(tài)性標(biāo)記[43]；利用63 個SSR 引物在小偃6 號及其80 個衍生品種（系）間共檢測到175 個等位變異[44]；利用覆蓋小麥21 條染色體的340 個SSR 標(biāo)記在周麥23 號及雙親間篩選到146 個多態(tài)性標(biāo)記[45]；利用覆蓋小麥21 條染色體的625 個SSR 標(biāo)記在淮麥33 及其雙親間共發(fā)現(xiàn)364 個多態(tài)性標(biāo)記[8]。而利用高通量DNA芯片能檢測到更多的多態(tài)性位點，利用90K SNP 芯片在周麥16及其親本間共檢測到7 780個有位置信息的差異性標(biāo)記[7]；利用小麥55K SNP 芯片在周麥22 及其80 份衍生材料間共檢測到32 895 個多態(tài)性SNP 位點[46]；利用90K SNP 芯片在河南省96 個審定品種中共檢測到38 661個多態(tài)性SNP位點[47]。本研究利用小麥50K SNP 育種芯片在鄭品麥24 號雙親間檢測到8 322 個純合多態(tài)性SNP 位點，高通量的SNP芯片能夠在分子水平快速檢測到成千上萬個多態(tài)性位點，10 倍于其他分子標(biāo)記。因此，采用基因組覆蓋度高、檢測通量水平高的SNP 芯片開展群體遺傳學(xué)研究，能夠更加客觀全面地從基因組水平解析品種遺傳組成和親本遺傳貢獻(xiàn)[48]。

理論上，單交品種的所有等位變異應(yīng)都來源于雙親，但實際研究發(fā)現(xiàn)雜交后代會出現(xiàn)一些不同于親本的特異位點。研究發(fā)現(xiàn)，淮麥33的特異位點比例為10.4%[8]，周麥23 的特異位點比例為5.0%[45]。本研究同樣發(fā)現(xiàn)鄭品麥24 號存在2.93%的特異位點。這些特異位點產(chǎn)生的原因可能是在品種選育過程中，來自雙親的遺傳物質(zhì)在每個世代都存在基因重組及小概率的自然突變，產(chǎn)生了堿基突變、插入、缺失或多個堿基的顛倒和置換等變異，從而形成一些不同于雙親的遺傳變異。現(xiàn)代小麥育種是育種家有目的、有計劃的定向改良的過程，人工選擇在品種形成過程中起到?jīng)Q定性作用。因此，常常出現(xiàn)子代遺傳物質(zhì)偏向于某一親本的現(xiàn)象。前人利用分子標(biāo)記對多個小麥骨干親本在后代中的遺傳情況進(jìn)行分析，均發(fā)現(xiàn)偏親現(xiàn)象，周麥13 號對周麥23 號的遺傳貢獻(xiàn)率（63.04%）遠(yuǎn)高于另一親本新麥9號[45]；青農(nóng)2號的基因組大部分遺傳信息來自魯麥14（SSR 標(biāo)記：54.11%；SNP 標(biāo)記：72.55%）[48]；淮麥33 73.9%的遺傳物質(zhì)來源于母本煙農(nóng)19[8]。在品種選育的過程中，育種家往往選擇當(dāng)?shù)刂髟云贩N作為雜交親本之一，選擇符合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)區(qū)域育種目標(biāo)的優(yōu)良變異類型，從而保留了更多的主栽品種遺傳物質(zhì)。河南省是我國小麥主產(chǎn)區(qū)、高產(chǎn)區(qū)，其高產(chǎn)育種成績顯著。周麥18 是高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)代表品種，其矮稈突變系豫同194降低了株高、提高了成穗數(shù)，在大田種植下能獲得比周麥18更高的產(chǎn)量，很好地繼承了周麥18 的高產(chǎn)特性，并改良了周麥18 株高偏高、株型較松散的問題。豫麥34-6是優(yōu)質(zhì)強筋小麥品種，但產(chǎn)量水平一般。因此，在鄭品麥24 號選育過程中，高產(chǎn)選擇壓力下保留了豫同194 大部分遺傳物質(zhì)。

矮稈抗倒是小麥育種的重要目標(biāo)性狀之一，鄭品麥24 號及其雙親均含有相同的廣泛應(yīng)用的矮稈基因Rht-D1b，但它們的株高并不相同，豫同194 和鄭品麥24號的株高均比豫麥34-6和周麥18低。鄭品麥24 號的矮稈性狀可能來自于豫同194，豫同194是周麥18的矮稈突變體，周麥18同樣含有Rht-D1b基因，表明豫同194 可能含有控制株高的QTL，需要進(jìn)一步研究。粒質(zhì)量是小麥產(chǎn)量構(gòu)成的重要因素，是遺傳相對穩(wěn)定的性狀，也是我國小麥育種中遺傳改良最顯著的產(chǎn)量性狀，對我國小麥單產(chǎn)水平的提高做出了較大貢獻(xiàn)[49]。幾乎所有的小麥染色體上都已經(jīng)鑒定出了控制粒質(zhì)量的QTL，部分粒質(zhì)量基因已被克隆，很多粒質(zhì)量形成相關(guān)基因的功能標(biāo)記已被開發(fā)[17，50]。本研究發(fā)現(xiàn)，鄭品麥24 號與豫同194 的粒質(zhì)量相關(guān)基因組成一致，均聚合9 個高粒質(zhì)量等位基因，高產(chǎn)性狀突出，但仍有提升的空間。豫麥34-6 是經(jīng)過長期檢驗的品質(zhì)穩(wěn)定的強筋小麥品種，在鄭品麥24號選育過程中過于注重高產(chǎn)性狀的選擇，沒有對優(yōu)質(zhì)亞基進(jìn)行選擇，鄭品麥24號不含5+10 優(yōu)質(zhì)亞基，品質(zhì)也沒有達(dá)到強筋水平，品質(zhì)改良是其今后遺傳改良目標(biāo)之一。同時發(fā)現(xiàn)鄭品麥24 號及其雙親均含有多個面粉高黃色素含量等位基因，如PPO-A2c、Psy-B1c、Psy1Da-g和TaZds-D1a。隨著人們對面粉品質(zhì)的要求越來越高，降低黃色素含量也是品質(zhì)改良的目標(biāo)。

鄭品麥24 號含有冬性春化等位基因Vrn-A1b、vrn-B1和Vrn-D3-2174，晚花型等位基因TaELF3-B1Cadenza 類型、TaELF3-D1Wild 類型，光周期敏感等位基因Ppd-A1Wild 類型、TaPpdDD002Wild 類型和TaPpdDI001Insertion 類型，與其半冬性、中晚熟特性一致。目前，生產(chǎn)上大面積推廣的品種均屬中等偏晚熟類型，這類品種更抗寒、抗倒春寒、耐旱、抗干熱風(fēng)，適應(yīng)性好，產(chǎn)量更高[51]。鄭品麥24 號含有3 個抗銹病基因Lr67、Sr2和Sr25，1 個有利抗旱等位基因TaDREB-B1a，1 個低穗發(fā)芽等位基因TaSdr-A1a，具備較好的抗病性和一定的抗旱性。河南省小麥銹病常年較重，且河南省小麥品種審定對高感條銹病品種一票否決。因此，河南省生產(chǎn)主導(dǎo)小麥品種均具備不同程度的抗銹性，攜帶的抗銹病基因頻率較高。

冬春干旱、春季倒春寒凍害，灌漿后期高溫、干熱風(fēng)災(zāi)害以及條銹病、葉銹病、紋枯病等各種病蟲害是影響黃淮南片區(qū)小麥生產(chǎn)的主要因素。通過重要性狀基因KASP 標(biāo)記分析，明確鄭品麥24 號部分重要性狀基因組成，在基因水平上鄭品麥24號具有如下特征：半冬性、晚熟、矮稈抗倒、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、較好的抗病性和一定的抗旱性，與審定報告一致，這為其遺傳改良和生產(chǎn)應(yīng)用提供了理論依據(jù)。