小麦耐盐性QTL的元分析

为挖掘真实有效的小麦耐盐性数量性状位点（quantitative trait loci，QTL），利用生物信息学方法，借助小麦高密度分子标记遗传图谱，对来自不同遗传背景群体的215个耐盐性QTL进行图谱整合、映射以及元分析。通过建立QTL一致性图谱，获得100个一致性QTL( meta quantitative trait loci，MQTL)位点，不均匀分布在21条染色体上；存在3个耐盐性MQTL热点区域，分别位于4A染色体的Xgwm219~Xbarc78标记区间、3B染色体的Xwpt 800213~Xwpt 9432标记区间和7B染色体的Xbarc176~Xwgp45标记区间，分别包含7、5和6个MQTL。     

不同环境下中棉所70RIL群体棉铃重的主基因+多基因遗传分析

解析棉花铃重的遗传特点，明确棉花铃重对产量形成的贡献机制。以国审优质棉‘中棉所70’为基础构建的RIL群体，在9 个环境下(15AY、15LQ、15ALE、16AY、16LQ、16ALE、16KRL、16SHZ和16CD)对RIL 群体和两亲本进行表型分析，并利用主基因-多基因混合遗传模型综合分析铃重的遗传特点。结果表明，不同环境对铃重的影响表现为西北早熟棉区>西北中早熟棉区≥黄河流域>长江流域的趋势；在9 个环境下亲本对铃重的影响表现为‘901-001 系’均大于‘sGK中156’，RIL 群体的铃重为3.29~7.82 g，偏度和峰度绝对值都小于1.0，呈正态分布，变异系数为5.78%~8.72%。其遗传模型是以2~4 对主基因或2 对主基因+多基因遗传控制，在15AY和16CD环境下最多检测到4 个主基因的存在，一般情况下，铃重是以多基因遗传为主，主基因遗传率在6.96%~45.69%，多基因遗传率在51.06%~88.99%。表明铃重性状受环境与基因型互作影响很大。     

籽粒硬度Pinb基因反义表达载体构建及遗传转化

籽粒硬度是小麦品质改良的重要目标性状.利用含有Ubi启动子、Bar表达盒的基础质粒pAHC25,构建了含有Pinb基因的植物反义表达载体pAHantipB,其中pAHantipB载有小麦籽粒硬度Pinb基因的反向序列,可用于小麦遗传转化,利用花粉管通道法将其转入软质小麦品种京411,获得1株转基因植株,T1代转基因植株抗性筛选及PCR12检测结果表明,转化率为0.17%.基因组DNA斑点杂交证实了外源基因在受体小麦基因组中的整合.     

小麦籽粒超氧化物歧化酶（SOD）活性全基因组关联分析

【目的】小麦籽粒超氧化物歧化酶活性对小麦面粉色泽和营养品质具有重要影响,挖掘与小麦籽粒超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）活性显著关联位点及候选基因,为揭示小麦籽粒SOD活性的遗传机理和小麦面粉色泽的遗传改良奠定基础。【方法】采用氮蓝四唑（nitro-blue tetrazolium,NBT）光化还原法对3个环境下种植的212份普通小麦品种（系）进行SOD活性检测,结合90K SNP芯片的16 705个高质量SNP标记对小麦籽粒SOD活性进行全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）,并对稳定遗传的显著关联位点进行候选基因的挖掘。【结果】不同环境下,各小麦品种（系）间的SOD活性表现出丰富的表型变异,变异系数为4.34%—5.23%,相关系数介于0.60—0.90（P<0.001）。多态性信息含量（polymorphic information content,PIC）为0.24—0.29。全基因组连锁不平衡（linkage disequilibrium,LD）衰减距离为7 Mb。群体结构分析表明,供试材料可分为3个亚群。GWAS分析结果显示,共检测到29个与SOD活性显著关联位点（P≤0.001）,分布在1A、1B、2A、2B、2D、3B、3D、4B、4D、5A、5B、5D、6A、6B、6D和7B染色体上,单个位点可解释5.47%—32.43%的表型变异,其中14个位点在2个及以上环境下均被检测到。9个显著关联位点在3个环境下被同时检测到,分布于1B、2B、4B、5A、5B、6B和6D染色体,贡献率为6.21%—16.62%。对稳定遗传的显著关联位点进行候选基因的挖掘,共挖掘TraesCS2B01G567600、TraesCS3D01G069900、TraesCS3D01G070200、TraesCS5B01G525700、TraesCS5B01G373700、TraesCS6A01G021400和TraesCS6D01G431500等7个SOD基因和TraesCS5A01G263500、TraesCS6B01G707800等2个与SOD活性相关的候选基因,候选基因的功能主要与抑制细胞活性氧积累及参与抗氧化剂再生过程有关。【结论】检测到与小麦籽粒SOD活性显著关联的29个SNP位点,共筛选出7个SOD基因和2个与SOD活性有关的候选基因。     

小麦籽粒硬度及其分子遗传基础研究回顾与展望

 籽粒硬度是最重要的小麦品质性状之一，是市场分级和定价的重要依据。随着硬度测试方法的日趋完善，其分子遗传基础的研究逐步加快。硬度主要受位于5D染色体短臂上一个主效基因和多个微效基因控制，Pina和Pinb是形成小麦籽粒硬度的基础。PINA蛋白的缺失或编码PINB蛋白的基因突变均造成小麦胚乳质地变硬。中国目前该项研究较少，与国外相比仍有很大差距，本文着重阐述了小麦胚乳结构及硬度的生化和遗传基础，旨在为我国小麦籽粒硬度的研究提供理论依据。     

小麦puroindoline基因高效植物表达载体的构建

籽粒硬度是决定小麦品质优劣的重要性状,控制硬度的主效基因为pinA和pinB(统称为puroindoline基因)。本研究利用含有能促进外源基因高效表达的Ω序列、Kozak序列和poly(A)序列的pG4AB及含有Ubi启动子和筛选基因bar的pAHC25,成功构建了含有puroindoline基因的单子叶植物高效表达载体pUBPa和pUBPb。目的是将来通过转基因植物研究,进一步明确pinA和pinB的功能,为通过基因工程方法快速改良我国现有小麦优良品种的籽粒硬度奠定基础。     

新疆小麦TaLox-B1、TaLox-B2、TaLox-B3位点的等位变异及其分布规律

面粉颜色是小麦品质分级的重要指标。为了给新疆小麦面粉白度改良提供依据,本研究利用位于4BS染色体上的功能标记LOX16、LOX18和Lox-B23,对123份新疆小麦品种(系)的TaLox-B1、TaLoxB2和TaLox-B3等位变异进行分子标记检测。结果表明,在123份新疆小麦品种(系)中,具有高LOX活性等位基因TaLox-B1a和低LOX活性等位基因TaLox-B1b的材料分别有33份(26.8%)和90份(73.2%);具有高LOX活性等位基因TaLox-B2a和低LOX活性等位基因TaLox-B2b的材料分别有122份(99.2%)和1份(0.8%);具有高LOX活性等位基因TaLox-B3a和低LOX活性等位基因TaLox-B3b的材料分别有95份(77.2%)和28份(22.8%)。在不同类型冬小麦品种(系)中,TaLox-B1a的分布频率表现为引进品种(系)自育品种(系)地方品种外,TaLox-B3a的分布频率表现为地方品种引进品种(系)自育品种(系);在不同类型春小麦中TaLox-B1a只存在于晚期品种,TaLox-B2a和TaLox-B3a的分布频率均表现为早期品种(100.0%)晚期品种。所检测的新疆小麦品种(系)共有5种基因型组合,具有最高LOX活性的基因型组合TaLox-B1a/TaLox-B2a/TaLox-B3a和TaLox-B1b/TaLox-B2a/TaLox-B3a,具有中等LOX活性的基因型组合TaLox-B1b/TaLox-B2a/TaLox-B3b和TaLox-B1a/TaLox-B2a/TaLox-B3b以及具有低LOX活性的基因型组合TaLox-B1b/TaLox-B2b/TaLox-B3b的分布频率分别为23.6%、53.7%、19.5%、2.4%和0.8%。在新疆小麦资源中具有高LOX活性基因型组合的材料的频率高于全国平均水平。本研究将3个位点功能标记组合起来使用,能更有效地评价检测材料的LOX活性水平。     

小麦阿拉伯木聚糖阿魏酸酰基转移酶基因的克隆与功能标记开发

【目的】克隆小麦阿拉伯木聚糖阿魏酸酰基转移酶(arabinoxylan feruloyl transferase,AFT)基因,开发与FAX含量紧密连锁的功能标记,提高对FAX含量预测的准确性,为小麦加工品质的改良提供依据。【方法】应用FR846233为探针,通过同源克隆的方法获得小麦FAX含量基因gDNA全序列,使用DNAMAN软件比较高、低FAX含量品种间的序列差异性;基于序列差异使用Primer5.0软件设计特异性引物,开发与FAX含量紧密连锁的功能标记并利用一套中国春缺体-四体系和3AL、3AS双端体系进行染色体物理定位;同时结合PCR验证的方法,利用253份来自于中国主要冬麦区的小麦品种(系)对功能标记的实用性进行验证,采用IBM SPSS statistics 19.0软件进行FAX含量与基因型间的相关性分析等数据统计分析。【结果】2对特异性引物B1、B2最终扩增出长度分别为800 bp及710 bp的片段,B1和B2扩增的PCR片段有80 bp重叠,将片段拼接得到位于3A染色体上AFT基因TaBahd-A1。TaBahd-A1序列由1 429个碱基对组成,得到等位变异TaBahd-A1a和TaBahd-A1b,2个等位变异都拥有一个1 266 bp的开放阅读框(open reading frame,ORF),都具有2个外显子和1个内含子,内含子符合典型GT-AG结构,等位变异序列之间相似度为98.08%,具有24个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)位点和3个插入缺失(insertion-deletion,InDel)InDel位点,可编码421个氨基酸残基,预测分子量为45.2 kD。基于107 bp SNP处开发了2个互补显性标记AFTA2和AFTB2。AFTA2在TaBahd-A1a材料中能扩增出692 bp片段,与高FAX含量相关,在具有TaBahd-A1b等位变异的材料中未能扩增出片段。AFTB2则只能在TaBahd-A1b等位变异类型的材料中扩增出438 bp片段,并与低FAX含量相关,在TaBahd-A1a等位变异类型的材料中未能扩增出片段。同时利用一套中国春缺体-四体系和双端体材料将AFTA2和AFTB2定位在小麦3AL染色体。用功能标记AFTA2和AFTB2检测253份中国冬小麦材料,结果表明,不同基因型的FAX含量差异达到显著水平(P0.05)。从不同麦区来看表现各有不同,其中在北部冬麦区不同基因型的FAX含量在北部冬麦区材料间差异不显著;而在黄淮麦区,含有TaBahd-A1a的品种FAX含量显著高于含有TaBahd-A1b的品种(P0.05)。TaBahd-A1等位变异分布频率表明,TaBahd-A1a是与高FAX含量相关优异等位变异,且北部冬麦区TaBahd-A1a的频率(71.3%)显著高于黄淮冬麦区(60.2%)。【结论】基于TaBahd-A1序列成功开发1对显性互补标记AFTA2/AFTB2并定位于3AL染色体,标记与FAX含量相关可用于FAX含量的遗传改良。     

干旱胁迫对春小麦不同品种(系)苗期生理生化指标的影响

[目的]为了比较不同小麦品种（系）的抗旱性,[方法]采用不同浓度PEG-8000溶液对7个春小麦品种（系）材料进行不同程度的水分胁迫处理,研究不同胁迫浓度（0,10%,20%,30%）和时间（第一天,第三天,第五天）对春小麦材料生理生化指标的影响。[结果]结果表明：随着干旱胁迫程度的增加和时间的延长,‘新春6号’的过氧化物酶活性较高和丙二醛含量积累速度较慢;‘4701’的脯氨酸含量积累速度较快;‘4501’在第Ⅴ天的30%浓度PEG-8000处理条件下可溶性糖含量最高。[结论]通过不同品种（系）在不同胁迫条件下4项生理生化指标的变化情况,筛选出‘新春6号’、‘4701’和‘4501’更适应干旱胁迫环境,为新疆春小麦苗期抗旱品种（系）的筛选提供理论基础。     

普通小麦籽粒过氧化物酶活性全基因组关联分析

【目的】小麦籽粒过氧化物酶(peroxidase,POD)活性对面制品加工品质有重要影响,发掘控制籽粒POD活性重要位点,并筛选其候选基因,为小麦品质的改良奠定基础。【方法】以151份黄淮冬麦区和82份北部冬麦区品种(系)为材料,分别利用来自于小麦90 K SNP芯片的18 189和18 417个高质量SNP标记,对POD活性进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)。【结果】供试材料中POD活性表现出广泛的表型变异和多样性,黄淮麦区材料的POD活性变异系数为15.4%—21.8%,遗传力为0.79,北部麦区材料的POD活性变异系数为15.0%—19.9%,遗传力为0.82。相关性分析表明,不同环境之间材料的POD活性表现出显著的相关性,黄淮麦区相关系数为0.46—0.89(P0.0001),北部麦区相关系数为0.50—0.87(P0.0001)。多态性信息含量PIC值为0.09—0.38,最小等位基因频率MAF值为0.05—0.5。群体结构分析表明,黄淮麦区与北部麦区2个自然群体结构简单,均可分为3个亚群。GWAS分析结果表明,在黄淮冬麦区材料中共检测到20个与POD活性显著关联的位点(P0.001),分布在1A、2A、2B、2D、3A、3B、3D、4A、4B、5A、5B、6A、6D和7A染色体上,单个位点可解释7.8%—13.3%的表型变异。在北部冬麦区材料中共检测到20个与POD活性显著关联(P0.001)的位点,分布在1A、1B、1D、2A、2B、2D、3A、3B、4B、6A、6B、7A、7B和7D染色体上,单个位点可解释14.4%—23.2%的表型变异。加性回归分析表明,随着优异等位基因数量的增多,小麦籽粒POD活性越高。在发现的所有POD活性相关位点中,2个位点在黄淮麦区和北部麦区材料中均能检测到且稳定遗传,可将其转换为STARP(semi-thermal asymmetric reverse PCR)或CAPS标记,以应用于分子标记辅助育种。获得3个与POD活性有关的候选基因,分别编码磷酸甘露糖变位酶(PMM-D1)、辣根过氧化物酶(PER40)和烷基氢过氧化物还原酶(F775_31640)。【结论】黄淮麦区与北部冬麦区2个自然群体遗传多样性丰富,群体结构简单,适用于全基因组关联分析。在2个自然群体中分别发现20个POD活性位点,并在显著相关的位点区域内筛选到3个候选基因。含有越多优异等位变异的材料其POD活性越高。