小麦阿拉伯木聚糖含量的QTL分析及其与品质性状的关系

阿拉伯木聚糖是小麦中最重要的非淀粉多糖, 对营养和加工品质有重要影响。采用IciMapping软件, 对PH82-2/内乡188重组自交系群体(F_2:6)的水溶性和总阿拉伯木聚糖含量进行QTL分析, 在1B、4B、5B、5D和6B染色体上定位5个控制总阿拉伯木聚糖含量的QTL, 分别解释5.6%~18.7%的表型变异; 在1A、1B、5B、6B和7A染色体上定位5个控制水溶性阿拉伯木聚糖含量的QTL, 分别解释4.3%~34.9%的表型变异。其中, 1B、5B和6B染色体上影响水溶性和总阿拉伯木聚糖含量的QTL位于同一标记区间。1BL/1RS易位对水溶性和总阿拉伯木聚糖含量有显著作用, 籽粒硬度对总阿拉伯木聚糖含量有显著作用。阿拉伯木聚糖含量, 特别是总阿拉伯木聚糖含量, 与快速黏度分析仪峰值黏度、稀澥值, 以及面条品质黏弹性、食味呈显著相关, 但相关系数受1BL/1RS易位和籽粒硬度影响。     

中国和CIMMYT小麦品种Bx7亚基超量表达基因(Bx7OE)的分子检测

高分子量谷蛋白亚基Bx7的超量表达对提高小麦面筋强度有重要作用。利用反相高效液相色谱(RP-HPLC)和STS标记检测了163份中国和CIMMYT小麦品种(系)的高分子谷蛋白亚基Bx7超量表达基因(Bx7^OE)。结果表明,TaBAC1215C06-F517/R964标记和TaBAC1215C06-F24671/R25515标记可分别在含有Bx7^OE基因的材料中扩增出447 bp和844 bp的特异带,在不含Bx7^OE基因的材料中无相应目标带,两个STS标记的检测结果完全一致。在163份小麦品种(系)中,11份品种(系)含有Bx7^OE基因,占总数的6.7%。RP-HPLC与STS标记检测结果一致。利用这两个STS标记可以方便、快速、准确地检测Bx7^OE基因。     

多重PCR的建立及黄淮麦区主要品种品质相关基因的鉴定

 【目的】小麦加工品质由多个位点控制,而每个位点又有多个等位基因控制。建立品质性状多重PCR反应体系是提高分子标记辅助选择效率及降低成本的一种重要措施。【方法】选择影响小麦品质性状重要基因的分子标记,即高分子量谷蛋白亚基基因标记Ax2*、Bx14、Bx17和Dx5;低分子量谷蛋白亚基基因标记Glu-A3 d;糯蛋白亚基Wx-B1基因标记BDFL-BRD和Wx-D1基因标记MAG269;1BL/1RS易位标记ω-sec及多酚氧化酶（PPO）活性基因标记PPO18。根据优质面包、优质面条亚基组成要求及引物的退火温度,建立3个多重PCR反应体系PCR-Ⅰ（Ax2*/Bx17/Dx5）、PCR-Ⅱ（BDFL-BRD/MAG269/PPO18）和PCR-Ⅲ（Bx14/Glu-A3d/ω-sec）。【结果】用构建的3个多重PCR对141份黄淮麦区小麦品种加工品质相关基因的分布情况进行了检测。结果表明Ax2*、Bx14、Bx17具有较低的分布频率,分别为4.3%、7.1%、1.4%;Dx5和Glu-A3 d分布频率相对较高,分别为17.7%和27.7%;而1BL/1RS易位和低PPO活性（扩增片段为876 bp）的材料分别占44.0%和51.8%;Wx-B1缺失材料占4.3%。在供试的141份材料中已有80份进行了高、低分子量谷蛋白亚基和黑麦碱的SDS-PAGE电泳检测,与本研究建立的多重PCR检测结果完全一致。【结论】建立的多重PCR体系可以准确、稳定、高效地检测9个小麦品质性状的基因组成。     

中国小麦育成品种和农家种中慢锈基因Lr34/Yr18的分子检测

Lr34/Yr18是重要的慢叶锈和慢条锈基因, 携带该连锁基因的小麦品种被广泛种植于世界许多国家。利用STS标记csLV34对慢叶锈和慢条锈基因Lr34/Yr18进行分子检测的结果表明, 我国231份育成品种(系)中仅有14份材料携带Lr34/Yr18基因, 占6.1%。不同麦区分布频率不同, 其中北部冬麦区为零, 黄淮冬麦区、长江中下游冬麦区、西南冬麦区和西北春麦区分别为3.0%、21.4%、16.7%和33.3%。在422份农家种中, 359份含有Lr34/Yr18基因, 占85.1%。Lr34/Yr18基因在不同麦区的分布频率也存在差异, 北部冬麦区、黄淮冬麦区、长江中下游冬麦区、西南冬麦区、南部冬麦区和西北春麦区分别为89.6%、77.4%、93.1%、93.8%、96.6%和61.1%。csLV34标记扩增产物为150 bp和229 bp的片段, 能有效鉴别品种是否携带Lr34/Yr18基因, 是一个重复性好、准确率高的分子标记, 可用于小麦Lr34/Yr18基因的鉴定与选择。     

小麦品种面筋强度、黄色素含量和PPO活性相关基因的分子检测

为给小麦品质育种筛选亲本材料,并进一步验证相关标记的有效性和实用性,利用5个小麦品质性状基因的分子标记[包括高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)Dx5和By8标记、1B/1R易位系特异性SCAR标记、位于7AL染色体与黄色素含量相关的八氢番茄红素合成酶(Phytoene synthase,PSY)基因 Psy-A1的标记 YP7A、位于2AL染色体的PPO活性基因 Ppo-A1的标记 PPO18]对157份小麦品种和优良新品系进行了基因等位变异检测.结果表明:(1)在所检测的小麦品种(系)中, Dx5、By8、1B/1R易位系、PSY和籽粒PPO活性基因等位变异存在一定差异.其中,含 Dx5的材料29份,占18.5%,含 By8和1B/1R易位系的材料分别为68和69份,占43.3%和43.9%,含低黄色素含量等位变异基因 Psy-A1b的材料42份,占26.8%,含低PPO活性等位变异 Ppo-A1b的等位变异材料78份,占49.7%;(2)157份材料中品质性状基因皆符合要求的只有一个品系(37042),聚合多个优良性状的品质改良工作急需加强;(3)本实验使用的标记均为基因特异性标记,重复性好、准确率高,可有效地应用于小麦品质改良的分子标记辅助选择.     

CIMMYT普通冬小麦品种的籽粒硬度及Puroindoline基因等位变异

为给中国小麦种质资源引进、利用和品质改良提供信息,以国际玉米小麦改良中心(CIMMYT)土耳其育种站提供的192份普通冬小麦新品系为材料,采用单籽粒谷物特性测试仪、特异引物PCR扩增和改进的SDS-PAGE凝胶电泳方法对其SKCS硬度及Puroindoline基因型进行了鉴定和分析.结果表明,CIMMYT普通冬小麦以硬质类型为主,但SKCS硬度值普遍偏低,平均值仅为60.7.所调查的192份材料中,硬质麦119份,占62.0%;软质麦49份,占25.5%;混合麦24份,占12.5%.硬质小麦共有4种基因型,分别为PinA蛋白缺失类型(Pina-D1b/Pinb-D1a)90份、Pina-D1a/Pinb-D1b类型27份、Pina-D1a/Pinb-D1d类型2份和Pina D1b/Pinb-D1d类型1份,以PinA蛋白缺失类型为主,占总数的75.6%.Pina-D1b/Pinb-D1d为Pina和Pinb基因的双突变类型.CIMMYT普通冬小麦籽粒硬度及其Puroindoline基因变异类型和分布的信息能够为中国冬小麦品质改良提供理论依据.     

新疆小麦品种高分子量麦谷蛋白亚基组成分析

为全面了解新疆冬、春麦兼种区小麦品种高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)组成与分布情况,给优质小麦品种选育提供理论依据,采用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)方法对360份新疆农家品种、育成品种(系)及国内外引进品种的HMW-GS组成进行了分析.结果表明,新疆小麦品种HMW-GS组成存在广泛变异,亚基类型以2*、Null、7 8和2 12为主,其频率分别为40.0%、35.3%、51.4%和61.9%.此外,还发现了单亚基2和稀有亚基7、21、7* 8、6.1 22、2.2 12,其中2.2 12亚基主要分布在南疆麦区.优质亚基频率偏低是新疆小麦品质差的重要原因.新疆冬、春小麦品种的HMW-GS组成也存在差异,冬小麦品种有17种变异类型,以Null/7 8/2 12为主;春小麦品种有13种变异类型,以2*/7 8/2 12为主.育成品种中1、7 9和5 10亚基(对)的频率较农家品种有很大的提高,其中优质亚基5 10的频率呈明显上升趋势,由农家品种的0增加至2000年以后育成品种的33.9%,说明引进并利用外来优异种质有利于提高新疆小麦品种的加工品质.     

春化、光周期和矮秆基因在不同国家小麦品种中的分布及其效应

为促进国外种质资源在我国的有效利用,将14个国家的100份代表性小麦品种在国内的8个代表性地点种植,调查抽穗期、成熟期和株高,并以4个春化基因(Vrn-A1、Vrn-B1、Vrn-D1和Vrn-B3)、1个光周期基因(Ppd-D1a)及2个矮秆基因(Rht-B1b和Rht-D1b)的分子标记检测所有品种的基因型。春化基因Vrn-A1a、Vrn-B1、Vrn-D1和vrn-A1+vrn-B1+ vrn-D1的分布频率分别为8.0%、21.0%、21.0%和64.0%;显性等位变异Vrn-A1a、Vrn-B1和Vrn-D1主要存在于来自中国春麦区及意大利、印度、加拿大、墨西哥和澳大利亚的品种中,这些品种一般为春性类型;春化位点均为隐性等位变异或vrn-A1+vrn-D1+Vrn-B1的品种主要分布在中国冬麦区、美国冬麦区、俄罗斯冬麦区,以及英国、法国、德国、罗马尼亚、土耳其和匈牙利,这些地区的小麦均为冬性类型。秋播时,供试品种均能正常抽穗,且携带春化显性变异的材料较隐性类型抽穗早,显性等位变异表现加性效应,4个春化位点均为隐性变异的一些欧美材料因抽穗太晚在杨凌和成都不能正常成熟;而春播时,显性等位变异基因型抽穗的频率高,隐性等位变异基因型基本不能抽穗。光周期不敏感基因Ppd-D1a的分布频率为68.0%,主要分布在中国、法国、罗马尼亚、俄罗斯、墨西哥、澳大利亚和印度,而光周期敏感等位变异Ppd-D1b主要分布在英国、德国、匈牙利和加拿大等中高纬度地区;携带Ppd-D1a的品种较携带Ppd-D1b的品种抽穗早,大多数Ppd-D1a品种在长日照和短日照条件下均能成熟,大部分Ppd-D1b品种在短日照条件下不能成熟。Rht-B1b和Rht-D1b基因的分布频率分别为43.0%和35.0%,其中Rht-B1b主要分布于美国、罗马尼亚、土耳其、意大利、墨西哥和澳大利亚,Rht-D1b主要分布于中国、德国、英国、意大利和印度。一般来说,一个国家的品种携带Rht-B1b或Rht-D1b之一,而这2个基因在高纬度地区分布频率较低。Rht-B1b、Rht-D1b和Ppd-D1a的降秆作用均达显著水平,Rht-B1b和Rht-D1b的加性效应突出。     

基于图像处理的冬小麦植被覆盖率测定及其遗传解析

植被覆盖率是反映植株生长势的重要生理性状,在旱作地区尤为重要。图像处理技术能够快速有效地对苗期和孕穗期植被覆盖率进行量化分析。以28份山东小麦主栽品种和品系为材料,在240株 m^-2和360株 m^-2密度下,连续2年测定了孕穗前不同发育阶段的植被覆盖率,并利用921个DArT标记和83个SSR标记分析了与植被覆盖率相关的遗传区段。结果表明。不同密度下,冬小麦植被覆盖率在越冬期、返青期和孕穗期存在显著差异,而起身期基本一致。起身期植被覆盖率与春季最高分蘖数、抽穗后群体叶面积指数、单位面积穗数和籽粒产量均呈显著正相关,r = 0.73~0.76 (P<0.01),表明起身期植被覆盖率可用于预测上述性状。共检测出12个遗传区段与植被覆盖率相关联,大部分区段直接参与调控苗期和孕穗期的生长势。10个遗传区段与已报道的苗期性状、产量性状及抗病位点一致,其中5BL、6AS和6BL染色体上携带的植被覆盖率相关遗传区段与已报道的苗期比叶面积和生物量等位点完全相同。建议将植被覆盖率作为生长势量化指标,用于育种选择和遗传研究。     

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。