长江下游麦区新育成品种(系)3种主要病害的抗性鉴定及抗病基因/QTL的分子检测

小麦赤霉病、白粉病和黄花叶病是长江下游麦区小麦生产的主要病害。本研究对长江下游麦区新育成49个品种(系)的上述3种病害进行抗性鉴定,同时利用与抗赤霉病主效QTL Fhb1和QFhs.crc-2D、抗白粉病基因Pm21以及抗黄花叶病主效QTL QYm.nau-5A.1和QYm.nau-2D连锁的分子标记检测试验品种3种病害抗病基因/QTL组成。结果显示, 49.0%的品种赤霉病抗性达中抗以上, 32.6%的品种对白粉病免疫或抗, 44.9%的品种抗黄花叶病。30.6%和73.6%的试验品种分别含有抗赤霉病主效QTL Fhb1和QFhs.crc-2D,宁麦9号和扬麦158及其衍生品种分别是Fhb1和QFhs.crc-2D的主要载体品种; 28.6%的品种含抗白粉病基因Pm21,镇麦9号和扬麦18及其衍生品种为Pm21的主要载体品种;分子检测含抗黄花叶病主效QTL QYm.nau-5A.1和QYm.nau-2D的品种比例均为24.5%,宁麦9号和苏麦6号及其衍生品种分别是QYm.nau-5A.1和QYm.nau-2D的主要载体品种。宁麦9号和扬麦158衍生品种在小麦抗赤霉病和黄花叶病基因/Q...     

燕大1817/北农6号重组自交系群体穗部性状的QTL定位

小麦穗部性状与单株产量密切相关。本研究以小麦骨干亲本燕大1817与优良品系北农6号衍生的269个重组自交系为材料,通过在北京和河北石家庄的2年田间试验数据,利用本实验室已构建的高密度SNP和SSR遗传连锁图谱进行穗长、穗粒数和穗粒重QTL定位。采用完备复合区间作图法共检测到29个穗部性状加性效应QTL,其中10个穗长QTL分布于1B、2D、3A、3B、4A、5A、5B、6A和7D染色体上,解释的表型变异率为2.96%~9.63%,QSl.cau-4A.2在所有5个环境中均能被检测到,解释的表型变异为5.89%~9.62%,另有7个QTL能在2个或2个以上环境中被检测到;8个穗粒数相关QTL分布于1A、3A、3D、4A和5B染色体上,解释的表型变异为4.06%~11.17%,为单个环境QTL。11个与穗粒重相关QTL分布于1A、1B、2A、2D、3A、4D、5A、5B和6B染色体上,解释的表型变异为2.79%~16.12%,其中QGws.cau-1B、QGws.cau-3A和QGws.cau-6B.2在2个或者2个以上环境中能被检测到。另外,鉴定出6个分布于1A、2D、3A、4A和5B染色体上的QTL富集区段。     

不同生态环境条件下小麦籽粒灌浆速率及千粒重QTL分析

以142个和尚麦/豫8679的F7:8重组自交系及其亲本为试验材料, 分析了籽粒平均灌浆速率、最高灌浆速率及千粒重在北京(2006, 2007)、安徽合肥(2007)和四川成都(2007)4个生态环境下的性状表现, 并利用已构建的含有170个SSR标记和2个EST标记的遗传图谱, 对这3个性状进行了QTL定位分析。共检测到54个QTLs, 涉及小麦1A、1B、2A、2D、3A、3B、3D、4A、4D、5A、5B、6D 和7D染色体。其中, 17个与平均灌浆速率相关, 可解释表型变异的7.17%~20.83%; 16个与最高灌浆速率相关, 可解释表型变异的6.31%~15.95%; 21个与千粒重相关, 可解释表型变异的4.36%~16.80%。另外, 在1A、1B、2A、3B、4D、6D和7D染色体上发现10个涉及“一因多效”或紧密连锁位点的基因组区段, 有助于了解籽粒灌浆和籽粒产量相关性状的遗传基础。     

调控小麦重要农艺性状基因的染色体定位

为了研究调控小麦重要农艺性状基因的染色体分布,进一步解析控制小麦重要农艺性状基因的遗传基础,本研究以一套“中国春-人工合成小麦”染色体代换系为材料,在大田条件下,对不同株系小麦的株高、穗长和穗数等重要农艺性状进行调查。通过同一性状不同株系间的差异显著性分析,对调控株高、穗长和穗数的基因进行了染色体定位。研究结果表明:1 B、2 B、 3 A、4 A、6 A、6 D和7 D染色体上可能携带有调控小麦株高的位点;1 B、1 D、2 B、2 D、5 A、6 A、6 D和7 D染色体上可能携带有调控小麦穗长的基因位点;3 A和6 D染色体上可能携带有调控小麦成穗数的位点。本研究有利于进一步理解调控小麦农艺性状的遗传基础,并对小麦分子育种实践具有一定的指导意义。     

小麦种子根结构及胚芽鞘长度的QTL分析

为探讨小麦种子根结构及胚芽鞘长度的遗传基础,以小麦DH群体(旱选10号×鲁麦14)的150个株系为材料,利用凝胶室培养幼苗,测定种子根的数目和最大根长、胚芽鞘长度、根苗干重比等性状,并通过扫描仪测定幼苗种子根的总长度、根直径及角度。利用已经构建的DH群体遗传连锁图谱,采用基于混合线性模型的复合区间作图法分析上述性状的QTL。在1A、1B、2B、2D、3B、4A、4D、5A、5B、6A、7A和7B共12条染色体上检测到12个加性效应QTL和7对加性×加性互作效应QTL。QTL的加性效应值在0.02~8.45之间,对表型变异的贡献率为5.64%~12.37%。7对加性×加性互作效应QTL分布在1A–2B(2)、1A–6A、1B–2D、5B–6A、6A–7A和6A–7B等6对染色体之间,其互作效应值为0.20~7.45,对表型变异的贡献率为8.70%~15.90%。在染色体3B和7A上各检测到1个种子根结构相关性状的QTL簇。     

“阿勃”小麦稳定自交结实缺体系统的创制

通过大群体“阿勃”单体自交后代,选择缺体植株,并连续多代大量镜检选株自交,获得了18个(1A、1B、1D、2A、2D、3A、3B、3D、4A、4D、5A、5B、5D、6A、6B、6D、7A和7B)“阿勃”小麦稳定自交结实缺体系。这些缺体系经过3-7代自交,平均结实率31.24%,用“中国春”双端体系分别进行测交证明均为正确系;试验结果还表明:“阿勃”缺体     

盐胁迫对小麦代换系幼苗叶片保护酶活性影响及染色体效应

为研究盐胁迫对小麦代换系酶活性的影响,以中国春-Synthetic 6x 染色体代换系及其亲本为材料,通过测定在盐处理条件下幼苗抗氧化酶SOD、POD活性和丙二醛（ MDA）含量变化,并对其相关耐盐特性的基因进行染色体定位。采用霍格兰营养液水培法,设置对照（0 mmol/L NaCl）和盐处理（150 mmol/L NaCl）,在幼苗两叶一心时进行处理,四叶一心时取样,分别测定对照和盐处理条件下幼苗的SOD和POD活性以及MDA含量。在盐胁迫条件下,小麦代换系幼苗SOD和POD活性显著升高,丙二醛含量降低。其中,1A、5A、6A、1B、5B、6B、7B和5D代换系的SOD活性显著或极显著高于母本中国春,2A、1B、2B、3B、5B、6B、5D和6D代换系的相对SOD 活性显著或极显著高于母本中国春;3A、4A、5A、6A、7A、6B和7D代换系的POD 活性显著或极显著高于中国春,4A、5A、6B、1D和7D 代换系的相对POD活性显著或极显著高于中国春。由于保护酶的作用,在盐胁迫条件下,多数代换系MDA含量明显减少,2A、3A、4A、6A、1B、3B、4B、5B、6B、7B、1D、5D和7D代换系的MDA含量显著或极显著低于母本中国春,2A、6A、6B、1D和2D代换系的相对MDA含量显著或极显著低于母本中国春。 Synthetic 6x 的1B、5B、6B 和5D 染色体上可能存在诱导幼苗SOD活性增强的基因,4A、5A、6B和7D染色体上可能存在诱导幼苗POD 活性增强的基因,抑制幼苗MDA含量增高的基因可能存在于2A、6A、6B和1D染色体上。     

一个一粒小麦抗白粉病主效QTL的定位

TA2027是一个高抗白粉病的一粒小麦种质.本研究利用F2群体和F3家系的抗性鉴定资料分析了TA2027抗白粉病的遗传.群体内各单株的抗性表现出连续性变异,分布峰明显偏向感病亲本.标记分析表明TA2027的抗性主要受染色体5AL上的一个隐性主效QTL控制.在区间作图中,该QTL被定位在Xcfd39/Xmag1491-Xmag1493区间,文中将其定名为Qpm.nau-5A.Qpm.nau-5A解释了59%以上的表型变异.Qpm.nau-5A是目前发现的第一个位于染色体5AL的小麦抗白粉病主效QTL.     

柴达木盆地小麦产量相关性状QTL定位

柴达木盆地特殊的气候条件创造了世界春小麦高产记录,但该地区关于小麦产量相关性状的QTL定位分析未有报道。本研究测定了114个W7984/Opata重组自交系(RIL)在柴达木盆地生态环境下6个年份7个产量相关性状(株高,穗长,穗粒数,小穗数,穗密度,千粒重和产量)的表现型,利用QTL作图软件Ici Mapping 4.1进行了QTL定位。结果表明,在2011-2016年里共鉴定49个与产量相关性状的QTL,其中5个为株高QTL,6个为穗长QTL,2个为小穗数QTL,8个为穗粒数QTL,7个为穗密度QTL,16个为千粒重QTL,5个为产量QTL,分布在染色体1A、1B、1D、2A、2B、2D、3A、3D、4A、4B、5A、5B、5D、6A、6B、6D、7A、7B和7D上。单个QTL可解释表型变异的5.82%~31.53%,特别是位于染色体6A上的千粒重QTL可在多年份(2011年/2013年/2014年)中检测到。这些QTL位点的鉴定为柴达木地区小麦产量相关性状QTL精细定位和分子标记辅助选择育种提供理论基础。     

干旱胁迫对小麦染色体代换系旗叶相对含水量和离体失水速率的影响

以中国春-Synthetic 6x小麦染色体代换系及其亲本为材料,对其旗叶相对含水量(RWC)、离体叶片失水速率(RWL)进行测定。结果表明,在干旱胁迫下,1A,2D和3D代换系叶片的相对含水量及其干旱/对照值显著或极显著高于中国春,3A,3B,4B,5B,6B,1D,2D和4D代换系叶片离体失水速率及其干旱/对照值显著或极显著低于中国春。由此表明,Synthetic 6x的1A,2D和3D染色体上可能存在干旱胁迫下调控相对含水量的基因,Synthetic 6x的3A,3B,4B,5B,6B,1D,2D和4D染色体上可能存在干旱胁迫下调控离体失水速率的基因。     

干旱胁迫对小麦叶片细胞膜透性效应的染色体定位研究

通过测定干旱胁迫下小麦中国春-Synthetic 6x染色体代换系及其亲本品种中国春(受体)和Synthetic 6x(供体)叶片的相对电导率和K 相对渗出率,对调控干旱胁迫下功能叶片细胞膜稳定性的染色体进行了定位研究。结果表明,1D,2D,2B,3A,3D,4A,4B,6A,6B,7D和7A等染色体代换系的相对电导率和K 相对渗出率均显著或极显著低于中国春,而其他代换系差异均不显著。表明Synthetic 6x的1D,2B,2D,3A,3D,4A,4B,6A,6B,7D和7A染色体上具有耐旱性基因,而其他染色体与Synthetic 6x的耐旱性无关。研究结果可为小麦抗旱遗传育种研究提供参考依据。     

应用SSR分子标记分析小麦品种(系)的遗传重组

为了解小麦品种形成中亲本基因组的遗传重组和遗传保留区段的分布特点,对周麦18和百农AK58及其衍生品系共23个材料进行了全基因组SSR扫描分析。遗传重组分析表明,单交组合的平均重组数(12.3)低于回交组合(13.9);染色体4A、5A、7A、1B、3B、4B、7B、1D、2D、3D、5D、6D和7D重组发生较多,其余染色体重组相对较少,染色体的中间区段与远端区段重组数相当,分别为6.1和6.0。子代间基因组比较发现,一些染色体区段成为重组的多发区,如5D的gwm358–wmc357、6D的cfd49–barc196、7A的wmc158–barc23和7B的gwm274–gwm146区段,分别有35、19、15和14次重组。分析亲本传递给子代的染色体区段,发现子代继承亲本的遗传区段在14~29个,每个区段涉及2~8个多态性位点,大的遗传区段主要分布于4A、5A、5B、5D和7D染色体。以上基因组区域的关联性状是进一步研究的重点。     

普通小麦主要农艺性状的全基因组关联分析

为解析小麦复杂农艺性状的遗传机制,本研究以150份小麦品种(系)为自然群体,在4个环境条件下测定了9个主要农艺性状,利用小麦35K SNP芯片,结合5种关联模型(Q、PCA、K、PCA+K、Q+K),进行全基因组关联分析。结果表明,全基因组多态性信息量PIC的范围为0.0950～0.5000,最小等位基因频率MAF值为0.0500～0.5000;群体结构分析和PCA分析均表明参试材料可分为两个亚群;连锁不平衡分析发现A基因组、B基因组、D基因组和全基因组的LD衰减距离分别为4.7、8、11和6 Mb。9个性状共检测到652个显著的关联位点(P≤0.001),其中21个SNP在2个或2个以上的环境中被重复检测到,分布在1A(1)、1B(4)、2A(3)、2D(2)、3A(1)、5A(1)、5B(5)、6A(1)、6B(2)和7D(3)染色体上; 1个SNP标记的物理位置未知, 3个SNP标记同时与2个性状显著关联;单个SNP的表型贡献率为7.67%～18.79%。8个优势等位变异在供试群体中所占比例较低,筛选出14个可能与小麦农艺性状相关的候选基因,其中TraesCS5B02G237200、TraesCS7D02G129700和TraesCS1B02G426300可能在植物抵御生物与非生物胁迫中起作用,TraesCS5B02G010800和TraesCS7D02G436800可能与植物激素的合成和响应有关,TraesCS2A02G092200可能与植物细胞壁的增强有关, TraesCS5A02G438800可能参与叶绿体发育,另外7个候选基因的功能未知。     

普通小麦-野生二粒小麦染色体臂置换系籽粒与品质性状分析

野生二粒小麦在农艺性状和品质性状上具有丰富的遗传变异,这些优异基因的导入对促进优质小麦生产具有重要的意义。以普通小麦品种Bethlehem（BLH）为遗传背景的野生二粒小麦染色体臂置换系（chromosome arm substitution lines,CASLs）为材料,进行2年一点田间试验,考察籽粒（粒长、粒宽和千粒重）与品质相关性状（蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值、淀粉含量和灰分含量）。结果表明：CASLs群体中3AL 2年的粒长均显著长于亲本BLH,推测3AL染色体上至少有1个正效QTL控制野生二粒小麦的粒长,至少3个控制粒长的负效QTLs分别位于4BS、6BL和7BL,至少11个控制千粒重的负效QTLs分别位于2AS、5AS、6AL、7AS、1BS、1BL、4BS、4BL、5BL、6BL和7BL,至少6个与蛋白质含量正相关的QTLs分别位于6AL、1BS、2BS、3BL、7BS和7BL,至少3个控制湿面筋形成的正效QTLs分别位于2BL、7BS和7BL,至少3个控制沉降值的主效QTLs分别位于4AL、7AL和7BL,至少1个控制淀粉形成的负效QTL位点位于7BL;至少1个促进小麦籽粒灰分含量增加的QTL位于7BL上。相关性分析表明,千粒重与蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值和灰分含量呈显著或极显著的负相关,蛋白质含量与湿面筋含量、沉降值和灰分含量均呈极显著正相关,而与淀粉含量呈极显著负相关。综上所述,CASLs群体具有丰富的遗传多样性,且每个置换系只含有对应野生二粒小麦的染色体臂,各置换系有着不同的遗传特点,因此,可以综合利用置换系的有利性状对小麦目标性状进行遗传改良,进而为小麦育种提供更加丰富的遗传资源。     

利用"永久F2"群体定位抗赤霉病QTL

为了研究抗赤霉病侵染性的遗传, 利用感赤霉病品种南大2419和抗赤霉病品种望水白杂交单粒传获得的重组自交系群体132个株系间的随机配对组合, 构建了一个包含198个株系的“永久 F2”群体。通过两年抗侵染田间试验和QTL作图, 定位了6个抗侵染QTL, 其中抗性等位位点源于望水白的Qfhi.nau-4B和Qfhi.nau-5A以及源于南大2419的Qfhi.nau-2B的效应较为稳定。Qfhi.nau-4B和 Qfhi.nau-5A的效应较大且以加性效应为主, 前者存在部分显性基因效应。此外, 还检测到4对显著的互作位点。这些结果进一步说明赤霉病抗性遗传的复杂性, 同时也表明在利用望水白进行抗赤霉病育种时早代选择抗侵染性是可行的。     

小麦抗倒伏茎秆形态指标及QTL分析

为明确小麦茎秆基部第2节形态及结构特征与抗倒伏关系,发掘抗倒伏关键茎秆形态指标及数量性状基因座位点(QTL)。以120份RILs家系为研究材料,分别测定2020,2021年茎秆强度及基部第2节间长度、茎粗、壁厚、纤维素含量和木质素含量等指标,开展多元回归分析,并结合55K SNP芯片进行QTL定位分析。结果表明,茎秆强度与基部第2节间茎粗和壁厚呈显著或极显著(P<0.01)正相关(P<0.05),与基部第2节间纤维素含量和木质素含量呈极显著正相关(P<0.01)。多元回归分析表明,基部第2节间纤维素含量是影响小麦茎秆强度的关键指标。基于55K芯片关联分析结果,在1A、1D、2B、2D、4D、5A、5B、5D和7B等染色体上共检测到19个与茎秆性状相关的QTLs,解释了7.67%～65.33%的表型变异。在1D染色体上,与标记AX-110771095和AX-109431570连锁的QTL位点同时控制基部第2节间长、壁厚及纤维素含量3个性状,解释了7.96%～10.76%的表型贡献率。     

利用“永久F2”群体定位抗赤霉病QTL

为了研究抗赤霉病侵染性的遗传, 利用感赤霉病品种南大2419和抗赤霉病品种望水白杂交单粒传获得的重组自交系群体132个株系间的随机配对组合, 构建了一个包含198个株系的“永久F2”群体。通过两年抗侵染田间试验和QTL作图, 定位了6个抗侵染QTL, 其中抗性等位位点源于望水白的Qfhi.nau-4B和Qfhi.nau-5A以及源于南大2419的Qfhi.nau-2B的效应较为稳定。Qfhi.nau-4B和Qfhi.nau-5A的效应较大且以加性效应为主, 前者存在部分显性基因效应。此外, 还检测到4对显著的互作位点。这些结果进一步说明赤霉病抗性遗传的复杂性, 同时也表明在利用望水白进行抗赤霉病育种时早代选择抗侵染性是可行的。     

病原侵染早期小麦抗白粉病性状的构成因素剖析和QTL定位分析

以国际小麦作图组织提供的W7984×Opata85重组近交群体为材料,将白粉病抗性分解为互作早期不同时间点的乳突指数、乳突级别、吸器指数和二级菌丝指数等成分性状,在成分性状鉴定和统计的基础上,进行遗传分析和相关QTL定位。白粉菌侵染早期乳突指数和吸器指数随时间的变化趋势均受主效单基因的调控。数量性状分析共找到34个与抗白粉病相关的QTL (21个主效QTL),分布于小麦1B、1D、2B、3A、3B、3D、4A、4B、4D、5B、6A、6B、6D、7B和7D染色体上。位于7B染色体上的QTL(QPmPI16.tn-7B)对乳突形成的影响极为显著,贡献率达48.7%,促进乳突形成的等位变异来自Opata85。不同成分性状存在共定位的QTL。成分性状的特异QTL提供了更多的有关抗白粉病遗传机制信息。     

小麦骨干亲本“胜利麦/燕大1817”杂交组合后代衍生品种遗传构成解析

小麦地方品种燕大1817是我国小麦育种骨干亲本之一,胜利麦/燕大1817杂交组合是北部冬麦区小麦品种遗传改良的基础组合。利用随机分布于小麦全基因组21条染色体上的175对在胜利麦和燕大1817间具有多态性的SSR标记(每条染色体平均8.3对)分析了燕大1817和胜利麦对其38份后代衍生品种的遗传贡献率。结果表明,在全基因组水平上,燕大1817对其后代衍生品种贡献率为26.8%,胜利麦对其后代衍生品种贡献率为43.6%;在部分同源群水平上,燕大1817对其后代衍生品种A、B和D基因组的贡献率分别为25.9%、25.7和26.4%,胜利麦对其后代衍生品种A、B和D基因组的贡献率分别为46.1%、39.1%和44.0%。说明引进种质对我国北部冬麦区小麦品种遗传改良起了重要作用。在染色体水平上,胜利麦对其后代衍生品种的21条染色体贡献率在20.0%~63.3%间,其中对1A染色体贡献率仅有20.0%,对7A染色体贡献率高达63.3%。骨干亲本燕大1817对其后代衍生品种的21条染色体贡献率在7.5%~44.2%间,其中对2A染色体贡献率仅有7.5%,对7D染色体贡献率可达44.2%。骨干亲本燕大1817对后代衍生品种贡献率较高的基因组(单元型)区段有7个,分别是3A上的Xwmc11–Xcfa2262、7B上的Xbarc1073–Xwmc475、1AL上的Xgwm357–Xwmc312、7DS上的Xbarc305–Xwmc506、4AS上的 Xgwm165–Xgwm610、1B上的Xwmc419–Xwmc134和2D上的Xcfd56–Xbarc228,其中,3A染色体上的Xwmc11–Xcfa2262区段对衍生品种贡献率高达77.5%。而胜利麦对后代衍生品种贡献率较高的基因组(单元型)区段有8个,分别是6BS上的Xwmc105－Xwmc397、3D上的Xgdm72–Xgdm8、2DS上的Xgdm5–Xgwm455、7AL上的Xbarc121–Xgwm332、5DL上的Xgwm174–Xwmc161、5BL上的 Xgwm499–Xbarc308、5A上的Xbarc141–Xgwm291和4BL上的Xgwm66–Xgwm251,其中6BS上的Xwmc105–Xwmc397区段对衍生品种的贡献率最高,达71.3%。这些基因组(单元型)区段上存在许多与产量、抗病、抗逆和适应性等重要农艺性状相关的基因和QTL,对北部冬麦区小麦品种遗传改良可能起了重要作用。     

调控小麦苗期性状的QTL定位

苗期地上部和根系的繁茂性对于小麦生长后期有重要影响,对调控小麦苗期性状的QTL进行定位,能进一步发掘调控小麦苗期性状的基因位点,有利于分子标记辅助选择育种.本试验以一套重组自交系群体为材料,检测了调控小麦苗期性状的QTL位点.共检测到调控4个性状的14个QTL位点,包括4个主效QTLs和10个微效QTLs,分布在3A、3B、4A、4B、5D、6A和6B共7条染色体上,贡献率在5.8％ ～ 18.4％之间.这些位点的发掘,有助于增进对小麦苗期性状的遗传基础的认识,并在小麦育种上具有潜在的应用价值.