抗条锈病普通小麦-滨麦6BS·6NsS附加易位系的分子细胞遗传学鉴定

易位系是向小麦转移外源种属优异基因的重要种质资源。普通小麦-滨麦衍生系M13063A-1由小麦-滨麦第六部分同源群二体异附加系材料连续自交获得。为了给普通小麦-滨麦衍生系M13063A-1的利用提供依据,本研究利用形态学、细胞学、原位杂交、分子标记等技术,对该材料进行了鉴定。细胞学鉴定结果显示,M13063A-1有丝分裂中期染色体数目为44条,减数分裂中期I染色体构型为2n=22Ⅱ,且在减数分裂后期Ⅰ可均等分离。原位杂交结果表明,M13063A-1含有42条普通小麦染色体和1对普通小麦-滨麦易位染色体,易位染色体长臂为滨麦Ns基因组染色体片段,短臂为6BS。分子标记分析确定M13063A-1携带的滨麦染色体片段为6NsS。成株期条锈病抗性鉴定显示,M13063A-1抗条锈菌生理小种条中31和条中32。因此,M13063A-1是一个抗条锈病的普通小麦-滨麦6BS·6NsS附加易位系,可以用作小麦抗病育种的桥梁材料。     

普通小麦-华山新麦草衍生后代的细胞学特点及GISH分析

为了研究华山新麦草染色体在小麦-华山新麦草各衍生世代中的遗传规律并建立一套小麦-华山新麦草异源附加系,对小麦-华山新麦草BC1F2到BC1F5共315个植株进行细胞学检测和GISH分析,结果表明,染色体数目分布范围为40～54,2n≥43的植株有223株,占总观察株数的70.79%;早代植株携带华山新麦草染色体的概率较高,植株染色体数目多大于44,随着自交代数的增加,外源染色体丢失的概率也在增大.因而在选育小麦-华山新麦草异附加系时,在BC1F4和BC1F5世代选择效果较好;通过对染色体数目2n=44的42个植株进行GISH分析,筛选出39个二体附加植株.     

西南地区普通小麦1BL/1RS易位系的DArT分子标记鉴定

为了准确了解小麦品系中1BL/1RS易位系的存在,利用7 000多个DArT分子标记(Diversityarrays technology,多样性微阵列技术)对87个普通小麦品系进行扫描,总共获得1 750个稳定的多样性的分子标记(P>80)。这些标记的多态性信息含量指数(PIC)的范围是0.03～0.5,平均值为0.35(P>80)。根据DArT标记的可整合性,利用1B染色体上的DArT数据进行主坐标分析(Principal-Coordinates Analysis,PCoA),可以把实验材料划分为两个群,并且确定一个群是由1BL/1RS易位系组成,另一个群由非1BL/1RS易位系组成。同时,利用非加权组平均法(Unweighted pair-group method with arithmetic means,UPGMA)进行聚类分析,调查了材料之间的遗传关系,结果显示,实验材料同样聚集为两个群,一个群由1BL/1RS易位系组成,包含两个亚群;另一个群由非易位系组成,包含六个亚群。研究证实,DArT标记不仅可以调查小麦全基因组的遗传多样性,而且利用它的可整合性能够准确鉴定研究材料中的1BL/1RS易位系。     

普通小麦品质及农艺性状的杂种优势和性状相关分析

本研究对普通小麦５个农艺性状及４个品质性状进行了杂种优势和性状相关分析。杂种优势分析结果表明：千粒重和株高的优势最大，分别为１１．１１％和１０．３４％；蛋白质含量和沉淀值的优势最小，分别为—８．６０％和—４．２３％。性状相关分析表明；穗粒数和单穗粒重与蛋白质含量、沉淀值及干、湿面筋含量等４个品质性状间有不同程度的负相关，４个品质性状间均为显著或不显著正相关。     

抗条锈病小麦-滨麦衍生后代的分子细胞遗传学鉴定

为了有效挖掘滨麦优异的基因资源,利用形态学、细胞学、荧光原位杂交(FISH)、基因组原位杂交(GISH)和分子标记等技术,对小麦-滨麦衍生后代M13063-3-3进行了鉴定。结果表明,M13063-3-3的染色体构型为2n=44=22Ⅱ。以滨麦基因组DNA为探针的原位杂交结果显示,二条染色体有杂交信号,且能配对,表明两条外源染色体是滨麦的一对同源染色体。SSR、EST和PLUG标记分析表明,M13063-3-3附加的滨麦染色体归属于第6部分同源群染色体。A-PAGE电泳分析表明,M13063-3-3在α区具有滨麦染色体特征带,进一步验证了附加的滨麦染色体与小麦第6部分同源群染色体有部分同源关系。田间条锈病调查结果表明,M13063-3-3对条锈菌生理小种条中31号、条中32号和条中33号混合菌种表现高抗。因此,M13063-3-3是一个附加了一对滨麦第6部分同源群染色体的抗条锈病的普通小麦材料,为小麦抗病育种提供了新的种质资源。     

小麦关联RIL群体产量性状与品质性状的相关分析

为给小麦高产优质育种提供参考依据,以潍麦8号/烟农19和潍麦8号/济麦20构建的分别含229和485个家系的两个关联重组自交系（RIL）群体为材料,在三个环境下对12个产量相关性状和品质性状进行了分析评价。结果表明,小麦单株产量与其构成因素、每穗小穗数、株高和加工品质正相关,与蛋白含量等营养品质负相关,与抽穗期和开花期无显著相关性。产量构成因素间呈显著负相关,穗粒数和千粒重与每穗小穗数和株高正相关,而单株穗数与每穗小穗数负相关。穗粒数与蛋白含量和湿面筋含量负相关,与吸水率和硬度正相关。单株穗数与品质性状负相关,但多数未达到显著水平。千粒重与蛋白含量负相关,与湿面筋含量显著正相关。说明增加产量与提高蛋质白含量等营养品质确实存在矛盾,但高产和优良的加工品质不矛盾,二者可以协调。在育种中,可以通过调节产量构成因素实现与营养品质的协调,如千粒重和湿面筋含量可以共同提高。此外,各性状间的相关性在两个群体中略有差异,在不同环境中变化很大甚至相反,说明性状间的相关性受到遗传背景和环境因素（如土壤、气候、前茬等）及其互作的影响较大。     

小麦-中间偃麦草抗锈易位系中梁27的鉴定及分析

利用普通小麦与八倍体小偃麦中4杂交,获得小麦品种中梁27。条锈病抗性鉴定结果显示,中梁27具有新的抗病基因。为进一步明确中梁27抗病新基因的来源,采用荧光原位杂交技术对其进行分子细胞学分析。结果表明,中梁27在A基因组有两个易位片段,分别为A/E基因组易位和A/St基因组易位,推测中梁27抗病基因可能来源于这两个易位片段。     

小麦灌浆中期旗叶黄化速率与产量性状及部分品质性状的关系

为了给高产、优质小麦育种和栽培提供参考依据,以50个小麦基因型为试验材料,研究不同小麦基因型间灌浆中期旗叶黄化速率的差异及其与产量性状和部分品质指标的关系。结果表明：（1）不同小麦基因型间灌浆中期旗叶黄化速率差异极显著;（2）灌浆中期旗叶黄化速率与穗粒数、千粒重和穗粒重呈负相关,相关系数（R）分别为-0.171、-0.405^**和-0.369^**;（3）灌浆中期旗叶黄化速率与蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值的相关系数（R）分别为-0.085、-0.111和-0.045,相关不显著。     

大穗小麦品系产量与主要农艺性状的相关性及通径分析

为给大穗型小麦新品种选育提供依据,以生产上大面积推广的西农979为对照品种,对参加2009年度陕西省小麦品种预备试验和2010年度小麦区域试验的8个具有高产特征的大穗型小麦新品系的主要农艺性状、产量及产量性状间的相关性进行了分析。结果表明,8个新品系除单位面积穗数外,其他农艺性状均明显高于多穗型品种西农979;品系2036、2037、2038、2039和2040产量均高于西农979;在农艺性状中,单位面积穗数和穗粒重与产量相关性较大,穗粒重和地上部生物量对产量分别产生较大的直接正效应和负效应;可通过协调大穗型小麦各节间长度和合理密植,提高单位面积穗数来弥补大穗小麦分蘖成穗率低的不足。     

小麦产量相关性状的全基因组关联分析

为挖掘小麦产量相关性状的优异等位变异,利用筛选的106对多态性SSR标记扫描236份小麦种质资源组成的自然群体,并进行遗传多样性分析。结果表明,利用106对引物共检测到874个等位变异,每对引物平均为8.24个,变化范围为2～23个;主要等位变异频率的变化范围为0.177～0.987,平均为0.545;多态性信息指数(PIC)的变化范围0.026～0.895,平均0.550。采用混合线性模型对4个环境的株高、穗长、主穗粒数、单株穗数和千粒重进行关联分析后,共关联到20对SSR标记,有26个显著关联位点(P0.01),其表型解释率范围为6.25%～18.97%。其中,标记 Xgwm164(1A)在4个环境下均与株高显著关联;Xgwm55(6D)同时与株高和穗长两个性状显著关联; Xwmc415(5B)在2个环境下与单株穗数显著关联。通过对等位变异表型效应的解析筛选出各关联位点的优异等位变异,包括可以降低株高4.24cm的优异等位变异 Xgwm164-1A_(118)、可以增加穗长0.75cm的优异等位变异 Xgwm429-2B_(207)、可以增加单株穗数1.07个的优异等位变异 Xwmc415-5B_(154)、可以增加主穗粒数1.93粒的优异等位变异 Xgwm232-1D_(138)及可以增加千粒重0.92g的优异等位变异 Xgwm610-4A_(170)。     

基于小麦产量三要素的产量条件QTL分析

为了从单个QTL水平上解析产量与产量三要素的遗传基础,利用花培3号和豫麦57杂交获得的168个家系的DH群体及其遗传图谱,在5个环境下对产量进行了非条件QTL分析和基于产量三要素(穗粒数、千粒重和单位面积穗数)的条件QTL分析,共检测到9个非条件QTL和28个条件QTL。其中,检测到2个主效QTL(QY.sdau-4D和QY.sdau-6D.2),它们可分别解释15.77%和10.16%的表型变异。分别检测到6个"一因多效"QTL和11个微效QTL;其中,QYsdau-4D.2通过影响单位面积穗数、穗粒数和千粒重而影响产量,QYsdau-2D.1和QYsdau-3A.1能提高单位面积产量但不影响穗粒数,即单位面积产量和穗粒数在该位点上几乎没有关联。本研究结果为通过分子设计聚合高产有利基因提供了理论基础,对培育单位面积产量大幅度提高的小麦新品种具有重要意义。     

小麦-华山新麦草易位系24-6的鉴定

为给小麦-华山新麦草远缘杂交育种提供材料和理论基础,对普通小麦与华山新麦草杂交后代中选育出的材料24-6进行了形态学观察、细胞学检测和原位杂交(GISH)分析。结果表明:(1)通过根尖细胞学鉴定,该材料染色体数为42条,2n=42;(2)以华山新麦草Ns基因组DNA为探针,普通小麦7182基因组DNA为封阻,根尖与花粉母细胞原位杂交(GISH)显示该材料携带有2条可以配对的华山新麦草染色体臂,确定24-6为稳定的小麦-华山新麦草易位系;(3)田间观察发现24-6植株紧凑,叶色深绿,籽粒白色、呈半角质,比其母本(普通小麦7182)株高略有降低,穗长、小穗数、穗粒数、千粒重、分蘖数都有所增加。     

基于生物信息学的小麦ALAD基因的鉴定和分析

5-氨基乙酰丙酸脱水酶(δ-aminoaevulinic acid dehydratase,ALAD)是生物体所有四吡咯化合物生物合成所必需的酶。为了给ALAD基因功能研究奠定基础,本研究根据模式植物拟南芥和水稻的ALAD基因序列,利用生物信息学手段对普通小麦ALAD基因进行鉴定和分析。结果表明,普通小麦有6个ALAD基因,其中TaALAD-A1、TaALAD-B1和TaALAD-D1基因位于第七同源群染色体长臂,而TaALAD-A2、TaALAD-B2和TaALAD-D2基因位于第六同源群染色体短臂。6个ALAD基因均含有保守的ALAD结构域,但系统发育分析中可分为2组。转录组数据表达分析结果显示,TaALAD-1基因在各个组织中的表达量均高于TaALAD-2,但两者在叶片中的表达量均最高。干旱胁迫对小麦TaALAD-1和TaALAD-2的表达几乎无影响;TaALAD-1的表达量在热胁迫1h下调,而在热胁迫6h时上调;热胁迫1h和6h对TaALAD-2的表达几乎无影响。通过小麦TILLING数据库分析,6个TaALAD基因都找到了数量不同的突变位点,其中一些突变位点为起始位点突变、无义突变、转录终止位点突变和剪切位点突变,可能影响该基因的功能。     

小麦GRAS基因家族的全基因组鉴定与分析

GRAS基因是一类转录因子基因,在植物的生长和发育中起关键作用。本研究利用最新的小麦基因组数据,对小麦GRAS基因进行了全基因组鉴定和分析。结果从小麦中鉴定出153个GRAS基因,这些基因不均匀分布在小麦21条染色体上。系统发育分析将这些基因分为12个亚家族,片段复制和串联重复是导致该基因家族扩张的主要原因。蛋白质序列分析发现不同亚家族间氨基酸数目、分子量存在一定差异;二级结构预测表明,小麦GRAS基因的氨基酸序列均以α-螺旋、随机卷曲为主要组成部分。通过对小麦GRAS基因在不同组织和不同逆境胁迫下的表达分析发现,GRAS基因在不同组织和逆境胁迫下存在明显的差异表达,表明GRAS基因具有组织或器官表达特异性,且可能在对逆境胁迫的响应中起重要作用。这些结果为进一步研究小麦GRAS基因的功能奠定了基础。     

小麦籽粒营养品质及品质产量的边际效应

为阐明小麦籽粒营养品质及品质产量的边际效应,以黄淮麦区不同品质类型的4个小麦品种为材料,于2010-2012年度对不同麦行籽粒蛋白质、淀粉、可溶性糖含量等营养品质指标和品质产量进行了系统研究。结果表明,不同行次间籽粒蛋白质含量和可溶性糖含量差异达显著水平,其中边1行、边2行、边3行和边4行的籽粒蛋白质含量分别为136.79、131.02、129.50、126.58 mg·g^-1,可溶性糖含量分别为113.08、91.61、93.55、87.91 mg·g^-1;不同行次间籽粒淀粉含量差异达显著水平;不同行次间籽粒蛋白质产量和淀粉产量的差异达显著水平,其中,边1行、边2行、边3行和边4行的籽粒蛋白质产量和淀粉产量分别为1 543.3、995.7、987.1、930.9 kg·hm^-2和6 480.6、4 284.9、4 383.6、4 126.3 kg·hm^-2,边际效应显著。本研究表明,小麦营养品质和品质产量具有显著的边际效应,生产中可通过改革种植方式、合理选用品种等加以充分利用。     

普通小麦D染色体组上psy基因位点的分子证据

为检测普通小麦D染色体组是否存在psy基因,以扩增普通小麦(2X=AABBDD=42)psy基因的相同引物psy02和psy06在节节麦(2X=DD=14)中进行PCR反应。结果表明,引物psy02在节节麦基因组DNA中的扩增产物长206 bp,与普通小麦中扩增的196 bp序列同源率为93.0%,对应的第2外显子区域内仅有1 SNP;引物psy06在节节麦基因组DNA中的PCR产物长305 bp,与普通小麦中扩增的302 bp序列同源率达95.77%,对应的第6外显子区域内无SNP,说明在小麦D染色体组中存在psy基因,且psy基因部分外显子序列在D染色体组的进化过程中相对保守。     

TaERFL1a转录因子在小麦籽粒淀粉合成中的功能研究

乙烯响应转录因子(AP2/ERF)家族在植物逆境胁迫与物质合成中有重要功能,其成员TaERFL1a参与了小麦响应非生物胁迫过程,然而其在淀粉合成中的功能尚不清楚。本研究利用大麦条纹花叶病介导的基因沉默技术(barley stripe mosaic virus-virus induced gene-silencing,BSMV-VIGS),在田间条件下抑制 TaERFL1a基因在小麦籽粒中的表达,通过测定灌浆期间籽粒内该基因的表达量、成熟籽粒产量性状和淀粉性状,探究TaERFL1a在小麦籽粒淀粉合成中的功能。结果发现,在接种后23 d,接种BSMV-VIGS- TaERFL1a植株籽粒内 TaERFL1a基因表达水平降低了86.5%; TaERFL1a基因沉默植株成熟籽粒的粒长、粒宽、千粒重和淀粉含量分别降低了5.22%、12.70%、9.53%和5.43%; TaERFL1a基因沉默植株的籽粒淀粉粒排列疏松且数量减少。这些结果表明TaERFL1a转录因子在小麦灌浆期间的籽粒淀粉合成中发挥了重要作用。     

小麦茎部镉积累性状全基因组关联分析及优异位点挖掘

小麦镉（Cd）污染日益加重,严重威胁食品安全和人类健康,培育和应用低镉积累品种是降低镉污染小麦风险的最有效途径之一,通过分子标记辅助手段可加快低镉积累特性小麦的筛选和培育。本研究选用175份小麦种质材料,种植于陕西省镉中度污染农田,对灌浆初期小麦茎部镉含量、镉富集系数和转运系数进行聚类分析,筛选出10个低镉积累特性种质。同时利用小麦660K单核苷酸多态性（SNP）芯片,通过3种模型对茎部镉含量、生物富集系数和转运系数进行全基因组关联分析,共鉴定到33个相关遗传位点,其中28个是新的SNP位点。针对茎部镉含量和转运系数3A上的2个主效QTL,开发了KASP标记,并在验证群体中明确了其准确性和实用性。基于基因注释和同源基因比对,预测了10个基因可能直接参与小麦镉积累转运相关生物过程;其中TraesCS3A02G289200基因是一个热休克转录因子,它在水稻中的同源基因（OsHsfA4a）被验证能够提高水稻对镉的耐受性。10个低镉积累特性种质及相关基因可用于小麦耐镉污染育种及有效分子标记开发。     

小麦生育后期主茎和分蘖次生根对籽粒产量和品质的影响

为通过根系调控提高小麦产量和改善品质,以弱春性优质强筋小麦品种郑麦9023为材料,研究了生育后期主茎次生根和分蘖次生根对小麦籽粒产量和品质的影响。结果表明,小麦分蘖次生根根系活力与根中全氮含量显著高于主茎次生根,而根中可溶性糖含量则低于主茎次生根。随着生育进程的推进,分蘖次生根与主茎次生根间的差异逐渐减小。分蘖次生根对单株成穗数、千粒重及单株产量的贡献大于主茎次生根,而对穗粒数的贡献则显著小于主茎次生根。与对照（维持完整根系）相比,只留主茎次生根处理和只留分蘖次生根处理的籽粒直链淀粉含量与直/支比例显著提高,而蛋白质含量显著下降。因此,生产实践中可以通过调节分蘖次生根与主茎次生根的比例及生理特性来提高籽粒产量和改善品质。     

小麦细胞色素P450(TaP450)基因的克隆与序列分析

细胞色素P450是一种多功能氧化酶,在植物体内担当着生物合成、代谢解毒以及抗逆等重要功能。本研究采用RACE方法从普通小麦中同源克隆到一个新的P450基因,命名为TaP450(Genbank No.KJ541960)。该基因基因组序列全长为2 643bp,含有2个外显子和1个内含子,cDNA全长为2 033bp,含有一个1 557bp的开放读码框,推导蛋白含518个氨基酸;序列分析发现其具有保守的P450结构域,但该蛋白与已报道的小麦P450蛋白序列有较大差异,表明它是小麦P450家族的新成员;蛋白结构特征分析发现,该蛋白的分子量为57.092kD,等电点为8.63,N端具有一个含29个氨基酸的跨膜结构和一个含22个氨基酸的信号肽,亚细胞定位分析表明该蛋白属于分泌蛋白。其在小麦叶片、茎、根与种子中均有表达,但在叶片和茎中表达量最高;在胁迫处理下,该基因的表达量均上调,且在盐胁迫处理下上调尤为显著,表明该基因与盐胁迫密切相关。