小麦 TaFer A1基因抗旱相关分子标记的开发

铁结合蛋白(Ferritin,Fer)参与干旱胁迫应答反应,开发Fer基因抗旱相关的分子标记可为抗旱小麦品种选育提供依据。本研究依据2个强抗旱性和2个弱抗旱性小麦品种1A染色体上铁结合蛋白基因(TaFer-A1)序列的差异,开发TaFer-A1基因抗旱相关的分子标记,用150份萌发期抗旱性不同的小麦品种(系)对标记的有效性进行验证。克隆序列比对发现,TaFer-A1基因在4份抗旱性极端品种间仅存在7个变异位点,包括6个SNP位点和1个3bp碱基Del/Ins位点,其中仅在基因第1个内含子区域的3个连续碱基TCT的Del/Ins位点变异与4份品种抗旱性的表型相对应,而其余6个SNP位点在强与弱抗旱性品种之间随机发生。根据两组抗旱性极端品种间TCT碱基的差异,设计1对引物开发出了分子标记FerA1i-ntr1。该分子标记在2个强抗旱性品种中扩增出了167bp特异性条带,定名为TaFer-A1a等位变异;在2个弱抗旱性品种中扩增出了170bp特异性条带,定名为TaFer-A1b等位变异,表明FerA1i-ntr1为共显性标记。在分子标记FerA1i-ntr1检测的150份小麦品种(系)中,有73份被检测为TaFer-A1a等位变异类型,平均相对发芽率为70.1%;77份被检测为TaFer-A1b等位变异类型,平均相对发芽率为55.1%。TaFer-A1a等位变异类型品种(系)的平均相对发芽率极显著高于TaFer-A1b等位变异类型的(P<0.01),说明该共显性标记FerA1-intr1可用于小麦抗旱性的鉴定和筛选,也表明TaFer-A1基因与小麦抗旱性有关。     

利用Fhb1基因分子标记辅助回交育种法改良黄淮冬小麦赤霉病抗性

黄淮冬麦区小麦赤霉病的发生流行程度年际间变化较大,给赤霉病抗性品种的田间选择造成很大困难,因此分子标记辅助选择育种技术的应用显得尤为重要。为明确 Fhb1基因在轮选136背景下对赤霉病抗性的影响,本研究以6个长江中下游麦区抗赤霉病品种(系)为供体,与黄淮冬麦区骨干亲本周麦16的矮败小麦近等基因系进行杂交,并分别与周麦16及其衍生品系轮选136进行2次回交,创建6个BC_2回交育种群体。利用功能标记跟踪后代 Fhb1基因,结合单花滴注接种和自然发病鉴定,检测分子标记选择的效果。根据三个环境表型鉴定结果,发现161个携带 Fhb1抗性等位基因( Fhb1-R)的BC_2F_3株系平均病小穗数和严重度均低于中感赤霉病对照淮麦20和轮回亲本轮选136。其中,60个BC_2F_3株系(37.3%)的病小穗数和严重度在三个环境下表现一致,显著低于淮麦20。在入选的122个BC_2F_4品系中,93个品系(76.2%)的赤霉病抗性优于淮麦20,36个品系(29.5%)优于或相当于中抗对照扬麦158。基因型分析结果表明,赤霉病抗性优于淮麦20的93个BC_2F_4品系除了携带 Fhb1-R外,还携带轮选136的抗性位点 Qfhb.7D。本研究为黄淮冬麦区小麦抗赤霉病分子标记辅助选择育种提供了重要信息和育种材料。     

宁夏小麦品种慢锈基因Lr34/Yr18的分子检测

Lr34/Yr18是重要的小麦慢叶锈/慢条锈基因,可用于小麦锈病抗性改良。为了明确Lr34/Yr18基因在宁夏小麦中的分布特点,利用STS标记csLV34对111份宁夏小麦品种中慢锈基因Lr34/Yr18的等位变异进行了分子检测,并且进行了成株期条锈病抗性鉴定。结果表明,20份材料携带Lr34/Yr18基因,占18.0%。不同来源的小麦品种中Lr34/Yr18基因分布频率不同,农家品种中分布频率最高,占90.9%;引进品种中所占比例为14.3%;育成品种中所占比例最低,仅占7.7%。含有Lr34/Yr18基因的品种对条锈病具有较好的抗性,可作为今后宁夏小麦抗锈病育种的重要抗源。     

Molecular characterization of Glu-B3 locus in wheat cultivars and segregating populations

Bread wheat quality constitutes a key trait for the demands of the baking industry as well as the broad consumer preferences. The role of the low molecular weight glutenin subunits (LMW-GS) with regard to bread quality is so far not well understood owing to their genetic complexity and to the use of different nomenclatures and standards for the LMW-GS assignment by different research groups, which has made difficult the undertaking of association studies between genotypes and bread quality. The development of molecular markers to carry out genetic characterization and allele determination is demanding. Nowadays, the most promising LMW gene marker system is based on PCR and high resolution capillary electrophoresis for the simultaneous analysis of the complete multigene family. The molecular analysis of the bread wheat Glu-B3 locus in F₂ and F_4:6 populations expressed the expected one-locus Mendelian segregation pattern, thus validating the suitability of this marker system for the characterization of LMW-GS genes in segregating populations, allowing for the successful undertaking of studies related to bread-making quality. Moreover, the Glu-B3 allele characterization of standard cultivars with the molecular marker system has revealed its potential as a complementary tool for the allelic determination of this complex multigene family.     

欧山羊草6Ub染色体附加对小麦萌发期抗旱性的改良作用

为探究欧山羊草U~b染色体附加对普通小麦抗旱性的遗传改良作用,选取2个普通小麦-欧山羊草异附加系(Ae9041和Ae9061,均附加了一对6U~b染色体)和3个普通小麦品种为材料,以聚乙二醇(PEG6000)模拟干旱胁迫,研究了不同小麦材料干旱胁迫后种子发芽势、发芽率、胚芽鞘长度、种子根数、胚根长度、幼苗高度以及贮藏物质利用率等抗旱相关指标的变化。结果表明,干旱胁迫抑制了各供试材料的种子萌发,且胁迫程度越大,抑制越明显。在相同浓度PEG6000处理下,两个异附加系的种子发芽势、发芽率和贮藏物质利用率的表现较为一致,且差异不显著。与耐旱品种晋麦47和节水品种石4185相比,Ae9041和Ae9061的幼苗胚芽鞘长、种子发芽率和贮藏物质利用率在干旱胁迫下均较高。在30%PEG6000胁迫下,Ae9041和Ae9061的种子发芽势、发芽率、幼苗胚芽鞘长、胚根长、幼苗高度均显著高于亲本中国春。由此可见,普通小麦-欧山羊草异附加系种子在干旱胁迫下能迅速吸水并整齐萌发,以发达的根系和较长的胚芽鞘促进幼苗地上部生长,并将胚乳营养快速转运至幼苗中,从而促进其较快地进行形态建成,也说明欧山羊草U~b染色体的附加能够改良小麦萌发期的抗旱性。     

Effect of nitrogen application rate on content of glutenin macropolymer and high molecular weight glutenin subunits in grains of two winter wheat cultivars

Two winter wheat (Triticum aestivum L.) cultivars differing in grain protein content were selected to study the effect of N application rate on changes in contents of glutenin macropolymer (GMP) and high molecular weight glutenin subunits (HMW-GS) during grain filling. Contents of GMP and HMW-GS were much higher in the high GPC cultivar, Xuzhou 26, than those in low GPC cultivar, Ningmai 9. N increased contents of GMP and HMW-GS in Xuzhou 26 with N rate between 0 and 300 kg ha⁻¹, while at the very high N rate of 300 kg ha⁻¹ the contents of GMP and HMW-GS in Ningmai 9 decreased. The high contents of GMP and HMW-GS at maturity were closely related to the rapid increase in contents of GMP and HMW-GS during the initial period of their synthesis. HMW-GS and GMP content were closely correlated. The total HMW-GS content was important in determining GMP content than the content of any HMW-GS pair or any individual HMW-GS present in the selected cultivars. The pattern of response of GMP content to N application rate was closely related to the regulatory effect of N on HMW-GS synthesis.     

长江中下游麦区小麦品种籽粒硬度及puroindoline基因等位变异的分子检测

为了明确长江中下游麦区小麦籽粒硬度及puroindoline基因型的分布,以该麦区105份小麦育成品种为材料,利用单籽粒硬度仪(SKCS)测定其籽粒硬度,利用分子标记检测和基因序列分析鉴定puroindoline基因的等位变异。结果表明,在长江中下游麦区历年育成的小麦品种中软质麦比例较高,占52.4%,硬质麦和混合麦分别占38.1%和9.5%;硬质麦和混合麦中存在Pinb-D1b、Pina-D1b和Pinb-D1p三种变异类型,突变频率分别为29.5%、10.5%和3.8%。     

小麦-中间偃麦草蓝粒代换系的创制与鉴定

小麦的蓝粒性状可作为表型标记用于小麦育种和遗传学研究,来自中间偃麦草的蓝粒种质材料尚鲜见报道。本研究通过八倍体小偃麦中5 (2n=8x=56, AABBDDXX)与中国春缺-四体系列材料杂交,在中5×N4BT4A和中5×N7BT7D杂交组合后代中获得了两份蓝粒材料,编号分别为Zh5-a2-1和Zh5-c13-2。利用细胞遗传学和分子标记方法对这两份蓝粒材料进行了染色体组成分析。以中间偃麦草基因组DNA为探针的GISH分析显示,这两份蓝粒材料的染色体数均为2n=42,包括40条小麦染色体和两条中间偃麦草染色体。利用重复序列探针pSc119.2和pAs1进行的FISH分析表明,Zh5-a2-1和Zh5-c13-2均为二体代换系,被代换的一对小麦染色体分别为4B和4D。通过用St、E~e和E~b基因组DNA作探针进行GISH分析,证明这两份蓝粒代换系中的中间偃麦草染色体均为St组染色体,但与中5中的中间偃麦草染色体比较发现这对St组染色体的短臂端部发生了缺失。利用二倍体长穗偃麦草E~e基因组的SNP标记分析证明,两份蓝粒代换系中的中间偃麦草染色体与长穗偃麦草的4E~e染色体同源,即Zh5-a2-1和Zh5-c13-2分别为4St(4B)和4St(4D)代换系,命名为SubZh5-4St(4B)和SubZh5-4St(4D)。同时说明,中间偃麦草的4St染色体上带有蓝粒基因。通过对450个小麦SSR标记进行筛选,获得了4个可跟踪鉴定4St染色体的特异SSR标记。研究结果可用于蓝粒小麦品种的培育和中间偃麦草蓝粒基因的遗传学研究。     

小麦抗逆相关基因 TaGB1的克隆及其表达特性分析

为了解小麦的 TaGB1基因特性、表达情况及其与双子叶植物同源基因的进化关系,以小麦品种济麦22为研究对象,采用同源克隆的方法获得小麦G蛋白β亚基编码区序列, TaGB1编码区全长1 143 bp,编码380个氨基酸,预测分子量为41 kD,基因组序列中包含6个外显子和5个内含子,分别位于小麦基因组的4A、4B、4D染色体上,不同拷贝的氨基酸同源性高达99.91%。 TaGB1基因结构中包含7个WD40保守域,表达产物位于胞质和质膜上。经系统发育进化关系分析,单子叶植物与双子叶植物的G蛋白β亚基分化形成两大分支; TaGB1在进化关系上与单子叶植物较近,而与拟南芥等双子叶植物较远。 TaGB1在ABA、盐、热和干旱胁迫条件下上调表达,植物的根、茎、叶等部位均有表达,叶片中表达量较高,说明该基因可能参与调控植物的抗逆反应。     

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。     

168份小麦不同病害抗性材料白粉病抗性鉴定及其Lr34/Yr18/Pm38位点的分子检测

为了发掘更多的小麦白粉病抗性种质资源,对收集到的168份小麦不同病害抗性材料进行了白粉病苗期和成株期抗性鉴定,并利用STS标记csLV34以及功能标记cssfr3、cssfr4、cssfr5和Yr18E11a对其Lr34/Yr18/Pm38位点的等位变异类型进行检测。结果表明,在168份小麦种质中,共鉴定出41份白粉病苗期抗性品种(系)以及96份慢白粉病品种(系)。功能标记cssfr3和cssfr4可准确鉴定Lr34/Yr18/Pm38位点第11外显子中的等位变异,而功能标记cssfr5和Yr18E11a在检测时存在小频率的错判。在96份慢白粉病材料中,有24份材料携带Lr34/Yr18/Pm38的等位变异类型,这些材料在2个年份下的白粉病田间MDS均低于不携带Lr34/Yr18/Pm38的等位变异类型的材料。     

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。     

小麦灌浆相关基因TaGIF1的克隆及表达分析

GIF1( grain incomplete filling 1)编码了一种质外体途径中催化蔗糖不可逆水解的细胞壁蔗糖转化酶,主要在组织生长旺盛并且需要供能的库中表达,是影响灌浆的关键基因。根据水稻 OsGIF1基因序列,同源克隆了普通小麦第2部分同源群染色体上的 TaGIF1基因,它包含7个外显子和6个内含子,与水稻OsGIF1基因结构相似。小麦 TaGIF1-2A基因含有237 bp的5′UTR、1 986 bp的ORF、262 bp的3′UTR,编码661个氨基酸。通过分析15份大小粒小麦品种的gDNA序列,在 TaGIF1-2A基因中共发现21个SNP位点,9个位于编码区,12个位于非编码区。SNP分组发现,15份大小粒小麦品种中 TaGIF1-2A基因共存在8种单倍型。氨基酸序列比对显示,共存在2个氨基酸变异位点,其余SNP位点未引起氨基酸的改变。大小粒品种中无特异SNP变异,表明该基因编码区序列高度保守。就 TaGIF1-2A启动子区而言,大粒材料元件数量和种类均多于小粒材料,而且这些元件均与籽粒发育相关,说明 TaGIF1-2A基因启动子的活跃程度与最终籽粒灌浆饱满度的形成可能存在密切联系。qRT-PCR分析表明, TaGIF1-2A在籽粒和颖壳中都有表达,在不同小麦材料中表达模式相同,说明与籽粒大小无关;而在2～6 DAA的籽粒中,表达量剧烈上调,而后急剧下调,由此推测 TaGIF1-2A可能影响籽粒灌浆,在灌浆前期与籽粒发育密切相关。亚细胞定位结果表明,TaGIF1-2A主要作用在细胞壁上。     

小麦 TaSABP2基因的克隆及表达分析

为挖掘小麦抗逆基因,进一步解析小麦抗逆机制,采用电子克隆结合RT-PCR的方法,从小麦叶片中分离出 TaSABP2基因;利用生物信息学手段分析其序列特征;运用实时荧光定量反转录PCR(qRT-PCR)技术检测其在不同条件下的表达情况。结果表明,小麦 TaSABP2基因的cDNA全长为878 bp,包含一个长度为807 bp的开放阅读框,编码268个氨基酸。 TaSABP2基因的编码蛋白包含Abhydrolase及PLN02211两个结构域及一个酶活性中心(VVLVGHSLGG),属于Abhydrolase超家族的成员。其蛋白二级结构由四种形式构成,包括40.3%的α-螺旋、16.42%的延伸链、4.48%的β转角、38.81%的无规则卷曲。通过与其他植物的氨基酸序列进行多重序列比对,发现功能区域的氨基酸序列较为保守。qRT-PCR结果表明, TaSABP2基因的表达具有较强的组织特异性,植物激素ABA和BR处理及干旱和盐胁迫处理,均能诱导该基因的表达量迅速增加。以上结果表明, TaSABP2基因在小麦抵抗逆境胁迫过程中起到一定作用。     

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。     

湖北省小麦营养品质状况分析

为了解湖北省小麦营养品质状况,对2009年和2010年湖北省主要小麦生产县24份小麦样品的相关指标进行检测和分析。结果表明,(1)8种必需氨基酸赖氨酸、苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、色氨酸和亮氨酸的平均含量分别为3.55、3.70、5.55、4.06、6.03、2.17、1.43和8.79mg·g-1;赖氨酸的平均评分值为49,为第一限制性氨基酸,苏氨酸平均评分值为70,为第二限制性氨基酸;10种非必需氨基酸天门冬氨酸、丝氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、酪氨酸、组氨酸、精氨酸和半胱氨酸含量的平均值分别为6.37、6.09、37.93、12.64、5.14、4.44、3.70、3.56、5.85和3.50mg·g-1;小麦蛋白质含量的平均值为13.18%。(2)全氮、全磷和全钾含量的平均值分别为22.6、3.3和3.9g·kg-1,全磷含量比较充足,全钾含量相对不足。(3)微量元素铁、锰、铜、锌、硒含量的平均值分别为68.6、43.5、5.6、34.8和0.057mg·kg-1,铁、锰和锌含量较高,铜含量比较适宜,硒含量较低。(4)重金属元素镉、汞、铅、砷、铬和镍含量的平均值分别为0.053、0.003、0.061、0.020、0.198和0.191mg·kg-1,铅、砷、铬和汞的含量相对较低,处于清洁水平,部分样品中镉和镍的含量超过了限量标准。     

普通小麦-黑麦草(Lolium perenne L.)易位系鉴定及其后代灌浆与产量性状分析

为明确外源染色体或片段对小麦籽粒灌浆和产量性状的影响,以普通小麦宁春4号和黑麦草远缘杂交后代为材料,借助分子细胞学手段鉴定其BC1代染色体组成,并对其BC1F3代籽粒灌浆和产量性状进行了分析。结果表明,ND99株系出现两个顶端小片段易位类型的GISH杂交信号,为真杂种;ND99的BC1F3后代中分离出有芒(ND99A)和无芒(ND99B)两种类型,并且同一个分子标记3EST-185能够追踪这两种类型。宁春4号和易位系后代(ND99A、ND99B)籽粒的体积、鲜重、干重、水分均表现为先增后降的变化趋势;宁春4号和ND99A的灌浆速率呈双峰曲线变化,而ND99B呈多峰曲线变化。宁春4号的灌浆时间早,快速增长期长,籽粒饱满指数和粒重最大;ND99A灌浆迟,持续期短,籽粒饱满指数最低,粒重仅次于宁春4号;ND99B灌浆的峰值出现较早、较大,灌浆持续期短,籽粒饱满指数居中,粒重最低。易位系后代的穗长、穗粒数和结实小穗数明显高于宁春4号,可能是影响其灌浆的关键因素之一。     

新疆小麦1BL/1RS易位和 Dx5基因的多重PCR检测及其面筋品质分析

为了给新疆小麦面筋品质改良提供参考依据,利用多重PCR体系对267份新疆冬、春小麦品种中1BL/1RS易位和 Dx5基因的分布进行了检测,并测定了其中181份小麦品种的面粉蛋白质含量、湿面筋含量、Zeleny沉淀值以及面团特性等品质性状。结果表明,新疆小麦品种中,1BL/1RS易位品种有55份,占20.6%,含有 Dx5基因的品种有76份,占28.5%。冬小麦品种中1BL/1RS易位系分布频率（26.6%）显著高于春小麦（9.6%）,而春小麦品种中 Dx5基因的分布频率（31.9%）高于冬小麦（26.6%）。在新疆小麦农家品种、引进品种和自育成品种中,1BL/1RS易位和 Dx5基因的分布频率也存在明显差异。分析表明,1BL/1RS和非1BL/1RS小麦品种的主要面筋品质性状（如Zeleny沉淀值、峰值高度、8 min宽度等）达到显著性差异（P＜0.05）,1BL/1RS小麦中含 Dx5和不含 Dx5基因品种的面筋指数、Zeleny沉淀值、峰值时间和8 min面积等5个参数差异达到显著水平（P＜0.05）。多重PCR体系检测结果可靠稳定,节省实验经费和时间,提高了效率,可用于小麦分子辅助育种。     

小麦次生根数相关分子标记的挖掘

为了给小麦根系性状的遗传改良提供参考依据,以196份小麦自然群体为材料,于2013年拔节期和2014年越冬前、拔节期统计其次生根数,利用185对SSR标记对其进行基因型分析,采用TASSLE软件的GLM和MLM模型进行标记与性状的关联分析。结果表明,两种模型共同关联到32个显著标记位点,分布于14条染色体上。其中Barc81(1BL)、Wmc617(4DS)和Gwm190(5DS)在不同环境下表现稳定,且前人未曾报道。进一步对稳定位点进行有利等位变异分析,共挖掘出3个有利等位变异,其中Barc81-A180增效效应最大,同时鉴定出烟农24、烟农2415及冀麦34等20份材料携带有利等位变异。