小麦顶端小穗退化突变体asd1基因定位

穗粒数是小麦产量三要素建成的关键因子,深入挖掘穗部发育调控基因有助于培育高产小麦品种。以小麦品种京411为野生型,经EMS诱变获得了表型稳定的小穗退化突变体asd1 (apical spikelet degeneration 1)。该突变体表现顶端小穗明显退化,穗长缩短了约40%,结实小穗数减少了约35%,穗粒数显著减少了54%,同时株高也明显降低。利用京411×asd1遗传群体的F2和F3代表型数据分析表明,顶端小穗退化性状受1对主效隐性基因控制。采用混合群体分离分析法(BSA),结合测序所得SNP位点,在7A染色体上开发了7个KASP标记,将目标突变基因定位在7A染色体短臂9.91 Mb物理区间内,遗传距离为17.62 cM,推断该区段存在一个新的控制小麦花器官发育及穗部形态发育的重要基因。本研究所鉴定的小麦穗发育控制区段有助于深入解析小麦小穗形成的遗传基础,为进一步揭示小麦产量形成的分子机理提供突变基因。     

基于多环境下2个相关小麦RILs群体不育小穗的遗传分析

为揭示总不育小穗数、基部和顶部不育小穗数的遗传特点,利用2个相关重组自交系群体,结合4个环境的表型数据和QTL检测结果,对其进行了分析。2个群体表型数据相关性分析和通径分析结果一致表明,顶部不育小穗是引起总不育小穗数的主要因素,这一结果与前人研究结果相反。环境间表型数据相关性分析结果表明,3个性状受环境影响均较大,其中复合性状总不育小穗数由于受其构成因素基部和顶部不育小穗数的双重影响而表现受环境影响最大,顶部不育小穗数次之。QTL检测结果表明:影响总不育小穗数的遗传因素并非是其构成因素遗传因子的简单累加,总不育小穗数、基部和顶部不育小穗数3个性状在QTL水平关系复杂,既在3个性状间或两两性状间检测到共同QTL,也分别检测到单一性状的特异QTL。顶部不育小穗数与总不育小穗数之间存在显著遗传相关性和较多的共同QTL。为小麦不育小穗性状的遗传改良和小麦生产中栽培措施的合理运用提供了参考依据。     

圆锥小麦四排穗性状基因的遗传及分子标记分析

四排穗(four-rowed spike, FRS)性状是超数小穗(supernumerary spikelets, SS)性状的一种类型,表现为在一个穗轴节片上近垂直地着生2个无柄小穗,从而增加了小穗数和穗粒数,对提高产量有一定的潜力。为了解圆锥小麦0880 FRS性状的遗传特征,将0880与正常穗(normal spike, NS)圆锥小麦0879杂交,构建了遗传群体,并对0880 (FRS) × 0879 (NS)与0879 (NS) × 0880 (FRS) F₁、F₂及F_2:3植株的穗部性状进行了调查。结果显示,正反交组合的F₁植株均表现为正常穗,F₂群体中正常穗与四排穗符合3∶1的分离比例,表明0880的四排穗性状由隐性单基因控制,将该基因定名为frs1;细胞质对frs1无显著影响。采用已定位于普通小麦A组与B组的SSR分子标记并结合混合分组分析法(BSA), 筛选出32个在双亲及F₂单株构建的四排穗型池和正常穗型池都具有多态性的SSR分子标记,利用JoinMap4.0软件构建了与frs1连锁的2A染色体11个SSR分子标记遗传图谱,其中SSR标记Xwmc598和Xwmc522位于frs1基因两侧,与该基因的遗传距离分别为4.0 cM和2.4 cM。利用2A染色体缺失系对这11个SSR进行物理定位,Xwmc598和Xwmc522均被定位在2A染色体短臂FL0.00~0.78区域。本研究的结果为frs1基因的精细定位及分子标记辅助选择奠定了基础。     

小麦籽粒产量及穗部相关性状的QTL定位

由小麦品种花培3号和豫麦57杂交获得DH群体168个株系,种植于3个环境中,利用305个SSR标记对籽粒产量和穗部相关性状(穗长、穗粒数、总小穗数、可育小穗数、小穗着生密度、千粒重和粒径)进行了QTL定位。利用基于混合线性模型的QTLNetwork 2.0软件,共检测到27个加性效应和13对上位效应位点,其中 8个加性效应位点具有环境互作效应。相关性高的性状间有一些共同的QTL位点,表现出一因多效或紧密连锁效应。5D染色体区段Xwmc215–Xgdm63,检测到控制籽粒产量、穗粒数、总小穗数、可育小穗数和小穗着生密度5个性状的QTL位点,各位点的遗传贡献率较大且遗传效应方向相同,增效等位基因均来源于豫麦57,适用于分子标记辅助育种和聚合育种。控制千粒重与穗粒数的QTL位于染色体不同区段,有利于实现穗粒数与粒重的遗传重组。     

一个控制水稻侧生小穗形成基因的遗传定位分析

水稻的穗是一个典型的圆锥花序,其发育形态直接影响水稻产量。本研究利用本课题组创建的水稻"中花11号"T-DNA插入突变体库,通过表型筛选鉴定了一个稀穗突变体。该突变体在营养生长阶段表现为分蘖数减少,生殖生长阶段稻穗一次枝梗发育正常、但二次枝梗数和侧生小穗数目显著减少,表现为明显的稀穗表型。分子检测结果表明该突变体不是由T-DNA插入导致的。通过与籼稻品种"珍汕97"构建F2遗传定位群体遗传分析表明:该突变性状受一个隐性基因所控制。采用图位克隆的方法将目标基因定位于4号染色体上的SSR标记RM16880和RM1205之间约120 kb范围内。基因组序列分析表明:该突变体是由于LAX2基因序列缺失60 bp所导致。该突变体是LAX2的一个新的等位突变体,命名为lax2-4。lax2-4为研究LAX2控制水稻穗形态建成的分子机制积累了遗传材料。     

小麦穗部性状和株高的QTL定位

穗粒数是小麦的重要产量性状之一,减少基部不育小穗数是提高小麦穗粒数的重要途径。利用EMS诱变小麦品系山农1186获得基部2-4个小穗不育突变体M7652。本研究利用M7652与山农1186回交获得的BC3F2群体及其衍生的BC3F2:3株系(MS)群体,M7652与泰农18杂交获得的F2群体及其衍生的F2:3株系(MT)群体为材料,进行遗传作图和QTL定位。通过SSR标记检测构建了分别覆盖38.9 c M、73.1 c M的两个4B染色体的遗传连锁图。对两个群体的穗部性状和株高进行QTL分析表明,MS回交群体在3个环境下都检测到6个QTL,包括5个控制穗部性状和1个株高性状的QTL位点,其贡献率为18.22%~47.23%,且位于染色体的相同区段,形成一个QTL簇;MT群体在1个环境中检测到4个控制穗部性状、1个控制株高的QTL位点,其贡献率为1.51%~39.15%,形成一个QTL簇。利用MS和MT群体检测到的QTL簇在染色体上的位置相同,都覆盖swes24标记,这个区域与增加小麦穗粒数、降低株高有关,为小麦穗粒数、株高的精细定位、基因克隆奠定了基础。     

利用高密度SNP 遗传图谱定位小麦穗部性状基因

小麦穗部性状之间相关性密切, 其中穗粒数和千粒重是重要的产量构成要素, 挖掘与穗部性状相关联的基因位点对分子标记辅助育种及解释基因效应具有重要意义。本研究以RIL群体(山农01-35×藁城9411) 173个F_8:9株系为材料, 利用90 k小麦SNP基因芯片、DArT芯片技术及传统的分子标记技术构建的高密度遗传图谱, 在5个环境下进行穗部相关性状QTL定位。检测到位于1B、4B、5B、6A染色体上7个控制千粒重的加性QTL, 解释表型变异率6.00%~36.30%, 加性效应均来自大粒母本山农01-35; 检测到8个控制穗长的加性QTL, 解释表型变异率14.34%~25.44%; 3个控制穗粒数的加性QTL; 5个控制可育小穗数的加性QTL; 3个控制不育小穗数的加性QTL, 贡献率为8.70%~37.70%; 4个控制总小穗数的加性QTL; 6个控制小穗密度的加性QTL。通过基因型与环境互作分析, 检测到32个加性QTL, 解释表型变异率0.05%~1.05%。在4B染色体区段EX_C101685–RAC875_C27536检测到控制粒重、穗长、穗粒数、可育小穗数、不育小穗数、总小穗数的一因多效QTL,其贡献率为5.40%~37.70%, 该位点在多个环境中被检测到, 是稳定主效QTL。在6A染色体wPt-0959-TaGw2-CAPS区间上检测到控制粒重、总小穗数的QTL。研究结果为穗部性状的分子标记开发、基因精细定位和功能基因克隆奠定了基础。     

山农01-35×藁城9411重组自交系遗传图谱构建及粒重QTL分析

为利用分子遗传图谱进行小麦产量数量性状位点定位分析,以大粒高产小麦品系山农01-35和强筋小麦藁城9411为亲本,衍生了含182个家系的重组自交系(RIL)F₈群体,用442个DArT标记、59个SSR标记和1个TaGW2-CAPS标记,构建了包括29个连锁群的分子遗传图谱,总遗传长度为4 084.5 cM,标记间平均距离为8.13 cM。定位了54个新标记位点,包括44个DArT和10个SSR标记,分布于除4D、6B、7B外的其他18条染色体上。用该分子遗传图谱和4个环境粒重表型值,共检测到7个影响粒重的加性QTL,分别位于1B、4B、5B、6A染色体,其中QGW4B-7、QGW5B-20和QGW6A-29在单环境分别定位和4个环境共同定位两种方法中均能检测到。QGW4B-7、QGW5B-12和QGW6A-29对粒重的贡献率均超过10%,为主效QTL。本研究结果可为小麦高产优质性状的QTL分析及分子标记辅助选择提供参考。     

小麦骨干亲本繁6产量相关性状关键基因组区段的遗传效应

繁6是中国小麦育种最重要的骨干亲本之一, 明确其优良特性的遗传机制对小麦育种具有重要意义。本研究鉴定了39个繁6衍生品种的7个产量相关性状, 并利用全基因组SSR标记分析了繁6中控制这些性状重要遗传区段和基因位点在子代中的遗传效应。表型鉴定结果表明, 繁6产量相关性状在不同世代衍生品种中表现无显著差异, 表明这些性状在衍生品种选育过程中受到选择并稳定遗传。利用已获得的控制小麦产量相关“一致性” QTL区段的417个SSR标记进行分子扫描, 发现11个繁6特异SSR标记在其衍生后代中被高频率遗传。性状-标记关联分析表明, 21个来自繁6的特异SSR标记与产量相关性状极显著关联(P < 0.01)。同时鉴定出分别位于2A和5A染色体的Xgdm93.3-Xgwm526.2和Xbarc100-Xgwm156.1区段, 前者控制株高和小穗数, 后者控制千粒重。本研究证实, 上述两个与小麦产量相关性状关联的位点或区段在小麦产量育种进程中受到强烈的人为定向连续选择, 并在四川乃至西南麦区小麦产量育种中发挥了重要作用。     

小麦抗叶锈病基因Lr45的SSR分子标记

用定位于2A染色体的59对SSR、EST-SSR引物,对小麦抗叶锈病基因Lr45进行分子标记,共筛选出11对揭示TcLr45多态性的引物。用157株F₂抗感群体对这11对引物进一步检测,得到4个与Lr45共分离的SSR标记(Xgwm95、Xgwm47、Xgwm372和Xgwm122)。将经PAGE检测的标记Xgwm95的抗感差异带及Xgwm47的抗性片段进行克隆测序发现其中含有微卫星序列,且均为二核苷酸重复。Xgwm372和Xgwm122经琼脂糖凝胶电泳发现与Lr45的供体黑麦有共同的标记片段,可直接用于分子标记辅助选择。     

利用关联分析发掘小麦自然群体旗叶叶绿素含量的优异等位变异

为揭示小麦自然群体干旱胁迫条件下旗叶叶绿素含量的变化, 筛选相关标记的优异等位变异, 以262份小麦种质资源组成的自然群体为材料, 分别种植在北京的2个试验地点, 均设雨养和灌溉处理, 于开花期和灌浆期检测旗叶叶绿素含量。以分布于21条染色体的169个SSR标记检测所有材料的基因型, 利用STRUCTURE 2.3.2软件分析群体结构, 用TASSEL软件的MLM (mixed linear model)方法对小麦自然群体的旗叶叶绿素含量进行关联分析。在此基础上, 将携带某等位变异的所有材料表型均值与携带无效等位基因(null allele)材料表型均值比较, 估计等位变异的表型效应, 鉴别优异等位变异。共检测到2048个等位变异, 每位点2~37个等位变异, 平均12个。每位点的标记多态性信息量(PIC)为0.008~0.936, 平均0.628。在22个标记位点共检测出40个(次)与旗叶叶绿素含量极显著的关联, 其中11个标记位点有2次以上的关联, Xwmc419-1B和Xgwm501-2B分别有3次关联。在Xcfa2123-7A、Xgwm232- 1D和Xgwm429-2B位点分别检测到效应值大于4.0的等位变异。     

黄淮麦区小麦品种(系)产量性状与分子标记的关联分析

为了获得与小麦产量性状关联的分子标记,筛选相关标记的等位变异,以128份黄淮麦区小麦品种(系)为材料,在4个环境下鉴定产量性状,并选用在小麦全基因组21条染色体上的64个SSR标记、27个EST-SSR标记和47个功能标记检测所有材料的基因型。91个SSR和EST-SSR标记共检测到315个等位变异,单个引物检测到2~7个等位变异,平均3.5个;47个功能标记共检测到107个等位变异,单个引物检测到2~5个等位变异,平均2.3个。关联分析表明,49个位点与4个环境的产量性状及其均值显著关联(P≤0.005),其中38个位点在2个或以上环境或均值下被重复验证,16个位点与2个或以上性状相关联。对相对稳定的等位变异作进一步分析,发掘了一批与产量性状相关的优异等位变异,如降低株高的等位变异Ax2*-null和UMN19*-A362,增加穗长的等位变异barc21-A220,增加可育小穗数的等位变异gpw2111-A156,增加总小穗数的等位变异swes65-A120,增加穗数的等位变异VRN-A1*-A1068,增加穗粒数的等位变异cfd5-A215和增加千粒重的等位变异wmc626-A170。研究结果对利用分子标记辅助选择进行小麦产量性状的遗传改良具有一定的指导意义。     

小滨麦易位系山农6343抗白粉病基因的分子标记定位

本研究通过抗性接种鉴定对从普通小麦品种烟农15与八倍体小滨麦杂交后代中选育的抗白粉病小滨麦易位系山农6343的白粉病抗性遗传特点进行了分析,结果表明,山农6343的白粉病抗性由显性单基因控制,暂将其命名为PmSn6343(t);利用辉县红与山农6343杂交构建了包含302个家系的F2分离群体,对其进行白粉病抗性基因分子标记的连锁分析和染色体定位。在分析的1980对SSR、EST-SSR和STS引物中,有403对基因组SSR引物可在亲本间揭示多态性差异,其中Wmc658和Barc122两个引物在优选小群体中可以扩增出多态性谱带;采用F2群体对两个标记进行连锁分析证明Wmc658和Barc122与山农6343抗白粉病基因PmSn6343(t)的连锁距离分别为3.4cM和5.4cM,并将抗白粉病基因定位在染色体2AL上。利用F2:3家系对两个标记进行验证,结果表明,两个标记是与白粉病抗性基因PmSn6343(t)连锁的可靠分子标记。     

普通小麦籽粒黄色素含量的QTL分析

小麦面粉黄色度b*值是反映面粉颜色的重要指标，主要与籽粒黄色素含量有关。利用122对SSR引物、4对贮藏蛋白STS引物和10对AFLP引物组合，分析了中优9507´CA9632的71个DH系，构建了由173个位点组成的遗传连锁图，在小麦21个连锁群上覆盖2 881 cM。将该群体种植2年共计5个地点，测定籽粒黄色素和面粉黄色度b*值含量。采用复合区间作图法（CIM）进行了籽粒黄色素含量和面粉黄色度QTL分析。结果表明，面粉黄色度b*值的QTL位于染色体1DS、2DL、3A、4D、5D、6AL、6D和7AL上，其中7AL的QTL效应最大，贡献率为12.9%~37.6%；籽粒黄色素含量的QTL位于染色体2DL、3DL、4A、5A和7AL，其中7AL的QTL效应最大，贡献率为12.1%~33.9%。面粉黄色度b*值与籽粒黄色素含量共同的QTL位于7AL，与Xgwm264b紧密连锁，遗传距离分别为0~3.9 cM和0~0.9 cM。     

冬小麦低温处理叶片细胞膜透性的QTL定位

为探索冬小麦抗寒性的分子机制,以168个花培3号×豫麦57的双单倍体株系为作图群体,利用已构建含有324个SSR标记的遗传图谱,对电导法测定低温(−18℃)处理后的叶片膜透性进行QTL定位。利用完全区间作图法,在3种环境下共检测到21个与叶片膜透性相关的加性QTLs,分布于1B、2A、3A、3B、5B、6A、6B、6D、7B和7D染色体上,其中4个位点(qCMP-1B-1、qCMP-3B-2、qCMP-5B-1和qCMP-5B-4)遗传贡献率大于10%,属主效基因,其余QTL的遗传贡献率较小,属微效基因。3种环境条件下在5B染色体的Xgwm213–Xswes861.2区间检测到共同位点,与Xswes861.2的遗传距离为0 cM,其中qCMP-5B-1 (环境1)和qCMP-5B-4 (环境3)的贡献率高达17.5%和14.0%。研究结果对于小麦抗寒标记选择和抗寒育种具有应用价值。     

小麦花粉致死基因Ki的SSR标记分析

小麦雄性不育主要是通过花粉的败育表现,其不育材料对小麦杂种优势的利用研究具有重要意义和价值,国外研究表明,某些特定普通小麦品种间杂交F₁表现的花粉部分不育现象,受控于核基因组花粉致死基因Ki,为了筛选小麦花粉致死基因Ki的连锁标记,利用现代分子生物学技术通过定位该基因,克隆出花粉致死基因连锁标记片段,为小麦雄性不育种质材料的转育提供有效的选择标记。对小麦花粉致死基因Ki进行了分子标记定位,以‘中国春’和澳大利亚春小麦品种的BC₁F₁代作为定位群体,利用分离群体分组分析法(BSA)对位于小麦6B染色体上85对SSR引物进行多态性筛选,具有多态性的引物再通过BC₁F₁定位群体进行验证,从中筛选出与目的基因连锁的2个SSR标记Xgwm626和Xgpw4138。运用Mapmaker 3.0软件进行连锁分析。结果表明,Xgwm626和Xgpw4138与Ki基因的遗传距离分别为9.2 cM和6.9 cM,且2个SSR标记位于目的基因两侧,并将Ki定位于小麦6BL染色体上。研究结果为Ki基因的分子标记辅助选择和进一步精细定位奠定了基础。     

小麦骨干亲本繁6条锈病成株抗性特异位点及其在衍生品种中的遗传解析

基于已获得的控制小麦条锈病成株抗性“一致性”QTL区段80个SSR标记,结合小麦骨干亲本繁6及其衍生的39个后代小麦品种进行田间条锈病成株期抗性表型鉴定,揭示了骨干亲本繁6遗传物质及其成株抗性在其衍生品种的遗传规律。结果表明,骨干亲本繁6在条锈病条中31、32和33混合生理小种诱导下表现成株抗性,7个衍生后代品种表现全生育期抗性;用控制小麦条锈病成株抗性QTL区段的80个SSR标记对繁6及其后代衍生品种的其他亲本进行分子扫描,共发现9个来自繁6基因组的特异SSR标记,即Xwmc631、 Xgwm359、 Xwmc407、 Xgwm501、 Xgwm148、 Xgwm539、 Xgwm533、 Xgwm299和Xgwm639,其中,Xwmc631、 Xgwm359、 Xgwm501、 Xgwm299和Xgwm639在繁6衍生后代的4个子代中表现较高的遗传贡献率。以SSR标记与小麦条锈病成株抗性的关联分析发现6个SSR标记与小麦条锈病成株抗性显著相关,其中来自繁6的特异SSR等位变异Xgwm539-2D和Xgwm299-3B与严重度、反应型、普遍率、病情指数及病程曲线下面积(AUDPC)均具显著相关性,表明繁6的成株抗性及其控制遗传位点在其衍生后代品种选育过程中得到了很好的定向选择,并在西南麦区小麦条锈病抗性育种中发挥了重要作用。     

黄淮冬麦区175个小麦品种的SSR多态性及其与株高、产量相关性状的关联分析

为了解小麦品种资源的遗传多样性, 筛选株高、产量相关性状相关标记的等位变异, 选用108对覆盖小麦各同源染色体且多态性高的SSR引物, 对黄淮麦区175个小麦品种进行分析。共检测到448个等位变异, 平均每个标记4.15个等位变异, 变化范围为2~14个;全部SSR位点的多态性信息含量(PIC)变化范围为0.075~0.869, 平均为0.561。聚类分析显示同一地区或同一育种单位育成的、具有共同亲本的品种多数聚为一类。关联分析表明, 与株高、产量相关性状显著关联(P<0.01)的标记有23个, 其中3个标记达到极显著(P<0.001)水平。标记wmc128(1B)和wmc236(3B)与小穗数极显著相关, 分别解释小穗数变异的10.5%和8.0%;标记Xgwm129(2B)与千粒重达到极显著相关, 可以解释千粒重变异的19.3%。     

QTLs for Fusarium head blight response in a wheat DH population of Wangshuibai/Alondra‘s’

Summary A doubled haploid (DH) wheat population derived from the cross Wangshuibai/Alondra‘s’ was developed through chromosome doubling of haploids generated by anther culture of hybrids. Fusarium head blight (FHB) was evaluated for three years from 2001 to 2003 in Jianyang, Fujian Province, China, where epidemics of FHB have been consistently severe. After 307 pairs of simple sequence repeat (SSR) primers were screened, 110 pairs were polymorphic between Wangshuibai and Alondra`s’, and used to construct a genetic linkage map for detection of quantitative trait loci (QTLs). A stable QTL for low FHB severity was detected on chromosomes 3B over all three years, and QTLs on chromosomes 5B, 2D, and 7A were detected over two years. Additional QTLs on chromosomes 3A, 3D, 4B, 5A, 5D, 6B and 7B showed marginal significance in only one year. Six QTLs were detected when phenotypic data from three years were combined. In addition, significant additive-by-additive epistasis was detected for a QTL on 6A although its additive effect was not significant. Additive effects (A) and additive-by-additive epistasis (AA) explained a major portion of the phenotypic variation (76.5%) for FHB response. Xgwm533-3B and Xgwm335-5B were the closest markers to QTLs, and have potential to be used as selectable markers for marker-assisted selection (MAS) in wheat breeding programs.