小麦骨干亲本临汾5064单元型区段的遗传解析

利用分子标记解析骨干亲本临汾5064单元型区段在其衍生后代中的遗传规律, 可以为小麦分子育种提供依据。在临汾5064及其21个衍生品种(系)中, 395个SSR标记共检测出895个等位变异, 不同位点的等位变异为1~8个, 平均2.27个, 平均多态性指数为0.25。临汾5064及衍生后代中146个位点具有相同等位变异, 遗传贡献超过80%的位点有30个。实验结果表明, 临汾5064对衍生子一代和子二代的遗传贡献率分别为65.30%和64.24%, 且未随着世代的增加而明显下降。所有衍生后代与亲本完全相同的单元型区段有16个, 贡献率大于80%的染色体区段分布在所有染色体上。关联分析发现这些单元型区段存在重要农艺性状的QTL簇, 几乎都与重要农艺性状显著相关, 表明这些区段在育种过程中受到强烈选择。     

基于55K SNP芯片揭示小麦育种亲本遗传多样性

为了解不同省份小麦亲本材料间的遗传多样性,以150份分布于安徽、江苏、河南、四川及山东等省份小麦种质资源为试验材料,利用小麦55K SNP芯片对其进行遗传多样性分析、聚类分析、主成分分析及群体结构分析。结果表明,在150份小麦材料中共检测到52,537个SNP位点,质控后共获得39,422个有效标记,其中多态性标记为38,135个,占有效标记数96.74%。多态性标记在亚基因组间分布呈现D (10,450)四川省>山东省>江苏省>安徽省;聚类分析、主成分分析和群体结构分析结果高度一致,分群结果与血缘关系、区域来源及育成单位均较为吻合。本研究表明各省份平均多态性信息含量处于中度多态水平,但材料平均遗传距离较为接近,仍需引入优质种质资源,缓解材料同质化情况,增加小麦应对逆境胁迫能力,减轻小麦实际生产中的脆弱性及风险性。     

优质强筋小麦新麦45的遗传基础解析

为明确优质强筋小麦新品种新麦45的遗传基础,利用小麦55 K SNP芯片对新麦45及双亲新麦26和济麦20进行全基因组扫描并分析,以探究新麦45的遗传构成。结果表明,亲本新麦26和济麦20对新麦45的遗传贡献率在全基因组水平上差异较大,新麦26对新麦45的遗传贡献率为62.28%,高于济麦20的遗传贡献率(37.72%);新麦26在B基因组和D基因组上遗传贡献率均高于济麦20,而在A基因组上新麦45遗传了济麦20较多的遗传物质;在不同染色体上,双亲对新麦45的遗传贡献率差异较大,其中新麦26在1 B、1 D、2 B、2 D、4 B、5 A、5 B、5 D、7 B染色上遗传贡献率远高于济麦20,而济麦20在2 A染色体上的遗传贡献率(90.71%)远高于新麦26;在新麦45双亲的染色体较大遗传片段中,新麦26的较大遗传片段多于济麦20,而新麦45在2 A、6 A、6 B染色体上获得了更多济麦20染色体较大遗传片段,新麦45有明显偏向选择。本研究在分子水平上为强筋小麦新品种新麦45的遗传改良和标记辅助育种提供了理论参考。     

利用小麦55K SNP芯片解析‘丰德存麦5号’的遗传基础

为解析高产优质强筋小麦新品种‘丰德存麦5号’的分子遗传基础,利用高密度小麦55K SNP芯片对‘丰德存麦5号’及其亲本‘周麦16’和‘郑麦366’进行全基因组扫描分析。结果表明,‘周麦16’和‘郑麦366’对‘丰德存麦5号’的遗传贡献率差异较大,分别为26.33%和73.67%;在基因组水平上,‘郑麦366’在A、B和D基因组上的遗传贡献率均高于‘周麦16’;在不同染色体上,‘周麦16’在2B、4A、4B和5B染色体上遗传贡献率超过‘郑麦366’,而‘郑麦366’在其他染色体上的遗传贡献率都高于‘周麦16’;在双亲染色体较大片段遗传上,‘丰德存麦5号’继承了更多‘郑麦366’的较大遗传片段;在亲本特异性注释基因中,‘丰德存麦5号’来源于‘郑麦366’的特异性基因的数目远多于‘周麦16’,‘丰德存麦5号’在遗传物质继承上表现出明显的偏向选择,‘郑麦366’对‘丰德存麦5号’的遗传贡献率更大。     

基于遗传解析新模式的小麦寡分蘖QTL的鉴定和验证

有效分蘖数可直接影响小麦的成穗数,与产量关系极为密切。挖掘小麦分蘖数相关数量性状位点,解析分蘖数与其他重要农艺性状之间的相关性,可为分子育种提供理论依据。本研究首先提出和建立了“多个环境评价-单个性状深入-综合性状兼顾-友好标记开发-不同背景验证”的遗传解析新模式。进一步利用该模式,以寡分蘖自然变异植株msf和川农16(CN16)构建的F6代重组自交系群体(MC群体)为实验材料,以多年多点的有效分蘖数作为表型数据,借助基于16K芯片构建的遗传连锁图谱成功定位和验证了寡分蘖遗传调控位点。QTL定位结果显示, 1A、5A和6D染色体上有4个控制寡分蘖的QTL。其中Qltn.sau-MC-1A为稳定主效的寡分蘖QTL,解释了13.39%～60.40%的表型变异,其正效应位点来源于msf。表型分析发现,携带Qltn.sau-MC-1A正效应位点株系的有效分蘖数显著少于携带Qltn.sau-MC-1A负效应位点株系的有效分蘖数。相关性分析表明,有效分蘖数和株高之间存在极显著的正相关,与千粒重、每穗粒数、每穗粒重、旗叶宽之间存在显著的负相关,有效分蘖数与旗叶长、开花期之间无显著相关。遗传分析结果表明, Qltn.sau-MC-1A正效应位点显著增加每穗粒数、每穗粒重和千粒重,但推迟开花期。不同遗传背景下的验证结果表明,携带Qltn.sau-MC-1A正效应位点的株系确实能降低有效分蘖数。综上,本研究建立了一种遗传解析新模式,并基于此模式解析、定位和验证了一个控制寡分蘖的主效QTLQltn.sau-MC-1A,为进一步精细定位和了解分蘖形成机制奠定了基础。     

基于SNP分子标记的泰山/泰科麦系列小麦遗传解析

对不同年份育成的21个小麦品种（系）进行全基因组扫描,通过分析遗传距离和染色体区段/位点,明确其亲缘关系远近和遗传差异。分析可知,获得的2029个SNP基因位点在B基因组拥有较高的遗传多样性,其次是A和D基因组;在7个同源群中,第3和第6同源群呈现出较高的遗传多样性,而第1和第4同源群的遗传多样性较低;21条染色体中,3A、1B、6B染色体的遗传多样性较高,而1A、6A的遗传多样性偏低。对21份供试材料依据审定（育成）年份分析其群体的平均遗传距离,不同年份品种间的平均遗传距离先增大后减小,遗传多样性逐渐降低;21份供试材料间的遗传相似系数在0.69~0.99之间,大致可聚为4个类群,同一年份的品种一般聚在一起,与其系谱关系吻合。构建并分析供试材料的基因型图谱发现,00s、10s和现在育成的小麦品种（系）共有SNP和共有染色体区段分别主要在A、D和B基因组,对应已发表性状同不同年份育种目标吻合。同时发现21份供试材料均含有25个共同SNP位点,分布在1A、5A、6A、7A、2B、3B、6B、1D、2D、3D和7D染色体上,且每条染色体上分布的SNP位点数目均不相同,通过对应已发表性状进一步证实在品种（系）组配与选育过程中注重产量、株高、分蘖数、抽穗期、灌浆速率和抗病等性状的选择。以上研究结果可为今后小麦新品种组配和选育提供参考依据。     

利用SSR和SNP标记分析鲁麦14对青农2号的遗传贡献

鲁麦14既是大面积推广品种, 又是育种骨干亲本, 衍生了40多个品种, 其中青农2号(鲁麦14/烟农15//矮秆麦)是近年审定的小麦品种。本研究利用350个SSR标记和小麦90k芯片检测的26 026个SNP标记, 解析了鲁麦14对青农2号的遗传贡献。鲁麦14和烟农15分别含有1/4和1/2蚰包麦血统, 基因组分子标记分析结果显示, 这两个品种有55.42%的SSR位点一致, 而SNP位点一致性高达71.53%。选择亲本间差异位点, 分析鲁麦14和烟农15对青农2号的遗传贡献, 结果表明鲁麦14对青农2号的贡献大于烟农15, 青农2号与亲本鲁麦14、烟农15分子标记的一致性, SSR标记分别为54.11%和36.30%, SNP标记分别为72.55%和26.98%。依据高通量SNP标记结果, 从染色体水平看, 烟农15贡献率超过50%的染色体有2B、3B和6A; 而鲁麦14在除此之外的18条染色体的遗传贡献率大于50%。青农2号遗传组成图谱揭示了遗传物质多以较大染色体片段形式从亲本传递至子代。对亲本和子代进行多年多点的农艺性状调查, 发现青农2号的旗叶长、旗叶宽、穗下节间长、穗叶距、抽穗度等株型相关性状及千粒重、粒长等产量相关性状与鲁麦14相近, 株高、生育期等性状与烟农15相近。本文从分子层面解析育种亲本对子代的遗传贡献, 为分子标记辅助育种提供了依据和理论基础。     

小麦候选骨干亲本科农9204遗传构成及其传递率

科农9204是一个兼具高产和氮高效的候选小麦骨干亲本,其遗传背景复杂,携带冀麦38、小偃5号、绵阳75-18、小偃693和矮丰3号的遗传成分。利用221个PCR标记和89个DAr T标记,绘制了科农9204的全基因组基因型图谱。在2DL上,Xmag3596–Xmag4089区段与增加千粒重和籽粒含氮量的QTL紧密连锁;在4BL上,Xcnl10与增加穗粒数、降低株高和穗茎长的QTL紧密连锁;在6BS上,Xcnl113和Xwmc756均与降低株高、穗茎长和穗下节间长的QTL紧密连锁。这些标记在科农9204衍生后代的传递率均为100.0%。利用已报道的关联性标记检测科农9204基因型在衍生后代的传递情况,与增加穗粒数相关的1个优异等位基因位点在衍生后代中的传递率为71.6%;与增加千粒重相关的4个优异等位基因位点的传递率均为100.0%;与根部性状相关的4个基因位点中,3个传递率为100.0%。这些与重要农艺性状相关位点,科农9204基因型在其衍生后代中有很高的传递率,在很大程度上与其对应的优异的农艺性状密不可分。科农9204染色体区段上存在的重要QTL可能是其成为候选骨干亲本的遗传基础。     

小麦新品种西农877高产稳产的遗传特性解析

西农877是西北农林科技大学选育的小麦新品种, 具有一定的广适、高产和稳产特性。本研究旨在解析西农877的高产、适应性和综合抗性的遗传基础, 为小麦新品种选育提供理论依据和方法指导。通过田间试验分析了西农877及部分黄淮麦区创下高产记录的小麦品种的灌浆特征和光合特性, 利用16K SNP背景芯片与0.1K SNP功能芯片相结合的方法, 深入解析西农877的遗传基础, 明确关键染色体区段的遗传效应。结果表明, 西农877在灌浆特征上表现优异, 具有较长的灌浆时间、合理的灌浆各阶段分配和高灌浆速率; 其旗叶叶绿素含量和光合能力较高, 区域试验中平均千粒重48.60 g, 田间试验中千粒重达到50.05 g, 均呈现出高于对照品种周麦36号的趋势且稳定性好, 为实现高产潜力奠定了基础; 在区试多点试验中, 高稳系数平均值89.15, 较周麦36号显著增加。在遗传构成上, 西农805a作为母本对西农877的遗传贡献率为80.23%, 在3个亲本中最高。同时, 西农877聚合了来自亲本的多个优异基因/QTL, 包含抗条锈病位点QYrqin.nwafu-6BS、QYrsn.nwafu-1BL、QYrxn.nwafu-1BL、Yr29及Yr78, 抗赤霉病位点QFhb.caas-5AL、QFhb.hbaas-5AL, 抗叶锈病位点Lr13、Lr68及产量相关性状位点, 粒重基因TaT6P、TaGS5-A1和籽粒大小基因QGl-4A。综上, 西农877在大田生产中展现出较高的增产潜力和广适性。亲本材料对西农877的遗传贡献率存在差异, 其中西农805a的遗传贡献率最大。西农877中聚合了多个重要性状相关优异基因/QTL, 为黄淮麦区高产广适新品种培育提供了重要的遗传资源和理论支撑。     

利用SNP芯片解析油菜杂交种丰油10号的遗传基础

为解析高产稳产油菜品种丰油10号的分子遗传学基础,利用油菜60K SNP芯片对丰油10号及包括其2个亲本在内的20份骨干亲本系进行了基因型分析。结果表明：20份骨干亲本系间的遗传距离变幅为0.123~0.463,平均为0.348。丰油10号母本22A和父本P087-2间遗传距离为0.375,高于平均遗传距离。聚类分析将20份骨干亲本系划分为4个类群,其中母本22A归在类群Ⅰ,父本P087-2归在类群Ⅳ。基因组比较发现杂交种丰油10号与母本22A的相似性比例为64.77%,与父本P087-2的相似性比例为62.89%,其中有30.78%的基因组杂合区段来源于双亲不同基因型间的组合。同时发现丰油10号与父母本在19条染色体上的多态性比例存在比较大的差异。该研究为后续油菜品种的选育提供理论指导。     

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。     

利用京411为骨干亲本培育高产小麦新品种

提高产量潜力是我国小麦育种的首要目标.从1990年开始,本课题组以高产品种京411为骨干亲本,针对其主要缺点进行改造,取得一定进展.育成了中麦175等3个通过审定的品种,推广面积正在逐年扩大.总结选用和改造京411的经验与体会认为:通过增加穗粒数和粒重来提高稳重是提高产量潜力的重要途径.     

小麦骨干亲本碧蚂4号及其姊妹系遗传差异分析

碧蚂4号是我国小麦育种的重要骨干亲本之一.本研究利用513对分布于小麦21条染色体上的多态性引物对碧蚂4号与其4个姊妹系的遗传差异进行了分析.分析结果表明,亲本碧玉麦对碧蚂2号的遗传贡献率最高,为41.1%;亲本蚂蚱麦对碧蚂1号的遗传贡献率最高,为47.9%;碧蚂4号与4个姊妹系的平均遗传相似性系数变异范围为0.779～0.823,表明碧蚂4号与4个姊妹系的遗传差异比较大;碧蚂4号在188个位点上与其4个姊妹系存在差异,其特异位点主要源于亲本蚂蚱麦,占碧蚂4号特异位点的50.5%;分布在碧蚂4号1A、1B、1D、2A、2BS、2BL、2D、3A、6AL和7AL上的部分特异位点遗传距离很近,形成了密集特异位点的染色体区段,在这些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位点,这可能是碧蚂4号区别于其4个姊妹系成为骨干亲本的遗传基础.     

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。     

河南省近年审定小麦品种基于系谱和SNP标记的遗传多样性分析

为了解河南省近年小麦品种的遗传基础,利用Illumina 90k i Select SNP标记技术对豫麦34及该省2000—2013年审定的小麦品种共96个进行全基因组扫描,分析了其遗传多样性和遗传基础。结果表明,在所有SNP位点中,多态性比率为47.39%(38 661/81 587),多态性标记在基因组间分布呈现BAD。96个品种亲缘关系较近,两两遗传相似系数的平均值为0.719,变幅为0.552~0.998,且94.3%的品种间遗传相似系数在0.652~0.812之间;按UPGMA法将96个品种划分为7个类群。综合SNP和系谱分析,近10年河南省审定的96个小麦品种遗传多样性不够丰富,多数品种亲缘关系较近,在育种中迫切需要引入新的种质资源,拓宽遗传背景。     

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。     

小麦新品种郑麦16、郑麦20和郑麦22的遗传基础解析

为解析高产广适多抗小麦新品种郑麦16、郑麦20和郑麦22的分子遗传基础,本研究利用小麦55K SNP芯片和功能基因标记对郑麦16、郑麦20和郑麦22及其亲本进行了分析。结果表明,郑麦16和郑麦22分别与周麦22、周麦16之间的亲缘关系相近,郑麦20与周麦18之间的亲缘关系相近。周麦16、周麦18和周麦22分别含有与郑麦16、郑麦20、郑麦22的相同基因型位点占比分别为78.97%、64.99%和88.83%,相应遗传贡献率也最高,分别为46.60%、43.08%和60.96%。进一步对21条染色体进行分析表明,周麦16、周麦18和周麦22的1B、1D、2D、3A、3D、4B、4D、5A、5B、5D、6A、6D、7B和7D染色体上为亲本贡献了最多的位点。在2A染色体上,偃展4110与郑麦16、偃展4110与郑麦20、矮抗58与郑麦22相同基因型的位点占比分别为70.6%、80.4%和78.0%,推测2A染色体上存在的广适早熟相关基因被选择利用。功能标记检测结果表明,郑麦16和郑麦22聚合了Yr5、Yr30、QYr.nwafu-4BL、QYrqin.nwafu-2AL和Lr13,郑麦22携带Phs1基因,穗发芽抗性较好。     

小麦品种高产性能遗传与表达的生命学解释

从１９８４年开始,笔者在“基因社会假说”和生命本质探索方面,昼夜兼程十余载。本文就小麦品种高产性能遗传与表达的有关问题,从生命学角度进行了尝试性解释。在此基础上,提出“高产遗传格局”、“高能活力场”、“环境闭锁”等新概念。