小麦QTL富集区 QC-4BS重要农艺性状基因的精细定位及 Rht1基因的效应分析

为了探明位于小麦4BS染色体上的一个QTL富集区 QC-4BS重要农艺性状的遗传效应,对 QC-4BS重要农艺性状基因进行了精细定位,并分析了位于 QC-4BS内的 Rht1基因对小麦株高（PH）、穗粒数（KNPS）、千粒重（TKW）、蛋白质含量（GPC）及容重（TW）等性状的遗传效应。结果表明, QC-4BS主要位于小麦4BS染色体的 IWA1846至IWA4662标记区间,长度为11.9 cM,对应的物理距离约为15.17 Mb,其中控制PH的QTL为 Rht1基因,距离IWA1846标记约7.16 Mb;控制GPC和KNPS的位点接近IWA482标记;控制TW的位点接近基因 Rht1。 Rht1基因除了具有明显的降低小麦PH的效应外,也可影响小麦的某些产量及品质性状,具体表现为增加小麦KNPS,降低TKW、GPC及TW。     

野生二粒小麦粒重QTLs位点分析

为了挖掘野生二粒小麦的优异基因资源,对从以色列魏茨曼科学院引进的一套以普通小麦品种中国春为遗传背景的野生二粒小麦染色体臂渐渗系(Introgression lines,渐渗系)进行了一年两点的田间试验,考查了构成粒重的三个重要因子即粒长、粒宽和千粒重。结果表明,8个渐渗系(3AS、7AL、5AS、1BS、7AS、3BL、2AL、1BL)的籽粒显著宽于亲本,推断在这些染色体臂上至少有一个正效QTL控制野生二粒小麦的粒宽;同样可以推断,12个控制野生二粒小麦粒长的正效QTLs分别定位在2AS、7AL、1BL、4BS、3AS、7BS、4BL、7AS、5BS、2BS、3AL、6AS上;5个控制野生二粒小麦千粒重的正效QTLs分别定位在7AS、4BS、7AL、1BS、6AS上。各粒重构成因子关联性分析表明,粒长、粒宽和千粒重主要受遗传因素调控,粒长和粒宽都与千粒重显示出较高的遗传相关性。     

小麦分蘖数和单株穗数QTL定位及上位性分析

为了明确小麦分蘖性状和单株穗数的遗传基础,以中国春（母本）和兰考大粒（父本）杂交获得的F₂群体为作图群体,构建了含169个分子标记的遗传连锁图谱。将F_2:3家系分别种植于陕西乾县、岐山和杨凌三地,利用完备区间作图方法对小麦冬前分蘖、春季分蘖和单株穗数进行多环境联合QTL分析,共检测到21个相关的加性QTL位点。其中,6个冬前分蘖QTL位于2A、2D、5D和7A染色体上,单个QTL可解释1.38%～6.73%的表型变异;7个春季分蘖QTL位于1A、2D、4B、5D、7A和7D染色体上,单个QTL可解释1.97%～32.60%的表型变异;8个单株穗数QTL位于1A、2B、2D和4B染色体上,单个QTL可解释2.29%～41.21%的表型变异。共检测到30对加性×加性上位性QTL。其中,控制冬前分蘖的为1对,可解释21%的表型变异;控制春季分蘖的为20对,可解释0.59%～48.7%的表型变异;控制单株穗数的为9对,可解释0.08%～22.18%的表型变异。控制冬前分蘖、春季分蘖和单株穗数的加性QTL存在差异,同一QTL在不同性状中的遗传贡献率也不同;基因间上位性效应以春季分蘖最大,单株穗数次之,冬前分蘖最小,且不同性状涉及的QTL位点具有差异。小麦分蘖遗传主要受加性效应控制,本研究初步定位到的一些重要QTL可为进一步精细定位、基因挖掘和高产育种的分子标记辅助选择提供依据。     

小麦穗粒数QTL整合与元分析

小麦穗粒数是由多基因控制的复杂数量性状。为发掘控制小麦穗粒数(KNS)的真实主效数量性状位点(quantitative trait loci, QTL),本研究利用生物信息学手段,借助小麦高密度分子标记遗传图谱,对来自不同遗传作图群体的控制小麦穗粒数的163个QTL位点进行图谱整合、映射和元分析。结果表明,目标性状QTL在小麦21条染色体上不均匀分布,在2B染色体上最多,在7D染色体上最少;建立控制小麦KNS的QTL一致性图谱,最终获得35个一致性QTL(meta quantitative trait loci, MQTL)位点及其紧密连锁的候选分子标记,置信区间最小可达到0.55 cM。     

断穗小麦和节节麦黏壳、断穗基因SSR位点的遗传多样性

为探讨云南小麦中黏壳、断穗基因的起源,以马卡小麦和欧洲斯卑尔脱小麦为对照,利用定位在第二部分同源染色体的与黏壳性基因Tg-2BS、Tg-2DS及定位在第三部分同源染色体上的与断穗基因Br-3AS、Br-3BS紧密连锁的26对SSR引物来研究云南小麦、西藏小麦和节节麦在黏壳、断穗基因SSR位点上的遗传多样性和它们之间的亲缘关系。结果表明,无论是在与Tg-2BS、Tg-2DS还是与Br-3AS、Br-3BS紧密连锁的SSR位点上,云南小麦的遗传多样性都比西藏小麦的丰富。在黏壳性基因SSR位点上,云南小麦和西藏小麦之间的亲缘关系比西藏小麦和马卡小麦之间、西藏小麦和斯卑尔脱小麦之间的关系远;而在断穗基因SSR位点上,云南和西藏小麦之间的亲缘关系又比它们各自与斯卑尔脱小麦之间的关系更近。但是这些结果不能确切说明云南小麦黏壳、断穗基因的来源。另外,在与Tg-2DS紧密连锁的SSR位点上,节节麦strangulata亚种与4个六倍体断穗小麦亚种的亲疏关系比taushii亚种与六倍体断穗小麦之间、typical变种与六倍体断穗小麦之间的关系远。说明六倍体断穗小麦的D染色体组供体可能不是strangulata亚种,而可能是taushii亚种的基因型。     

利用四交RIL群体定位小麦籽粒脱水速率QTL

为了探索小麦生理成熟后籽粒脱水速率的遗传机制,以扬麦16、镇麦168、扬麦20和扬麦22为亲本构建四亲本RIL群体,利用小麦15K SNP芯片构建其遗传连锁图谱,并对小麦籽粒脱水速率QTL进行定位。结果共检测到12个与小麦籽粒脱水速率相关的QTL,分布在1AL(2)、2AL、3BS、3BL、4AS、5BL、6DL、7AL、7BS、7BL和7DS,其中 QDR-yaas-6DL、 QDR-yaas-1AL.1和 QDR-yaas-3BL脱水速率增效基因仅来自扬麦16,可分别解释表型变异的8.1%、7.6%和2.8%; QDR-yaas-1AL.2, QDR-yaas-2AL, QDR-yaas-4AS和 QDR-yaas-7DS脱水速率增效基因仅来自镇麦168,可解释表型变异的3.6%～4.2%; QDR-yaas-5BL脱水速率增效基因仅来自扬麦20,可解释表型变异的5.4%; QDR-yaas-3BS和 QDR-yaas-7BS脱水速率增效基因来自扬麦20和扬麦16,可解释表型变异的3.2%和3.8%; QDR-yaas-7AL和 QDR-yaas-7BL脱水速率增效基因来自镇麦168和扬麦16,可解释表型变异的4.8%和5.9%。推测扬麦16、镇麦168脱水速率快的特性遗传于扬麦158。本研究结果将为小麦生理成熟后籽粒脱水性状的深入研究奠定基础。     

扬麦17/ 宁麦18的F2群体穗部性状QTL定位

小麦穗部性状特别是穗顶部、基部结实性对穗粒数的建成及产量具有重要影响。为给QTL精细定位、基因克隆及穗部性状分子标记的开发和辅助选择奠定基础,本研究以扬麦17与宁麦18杂交获得的310个F₂群体及其衍生的F_2:3家系为材料,构建了一个由215个SSR标记组成的全长为1 717 cM的遗传连锁图谱,共覆盖19条染色体（1D和6A未涉及）,标记间平均距离为7.99 cM,并对6个穗部性状进行QTL定位。利用复合区间作图法共检测出22个QTL,分布在1A、1B、2B、2D、3B、3D、4B、5A、5B和7A染色体上。其中,穗顶部结实粒数QTL有7个,穗基部结实粒数QTL有2个,穗长QTL有5个,总小穗数QTL有3个,不育小穗数QTL有2个,穗粒数QTL有3个,表型贡献率为2.56%～13.66%。控制穗顶部和基部结实粒数QTL的增效基因来源于宁麦18,表明该品种可作为具有高产潜力的小麦育种材料加以利用。     

基于高效SNP芯片的小麦产量相关性状全基因组关联分析

挖掘小麦产量相关性状的稳定关联位点，为相关基因克隆和分子标记辅助选择提供理论依据。本研究以248个中国北部冬麦区育成品种为材料，利用自主研发的Affymetrix BAAFS Wheat 90K SNP芯片对株高、穗长、小穗数、穗粒数、有效分蘖数、粒长、粒宽和千粒重共8个产量相关性状进行全基因组关联分析。共检测到158个与8个性状显著关联(P≤0.00001)的SNP位点，其中45个位点至少在两个环境中稳定表达，解释平均表型变异的3.60%~10.51%。在这45个位点中，有8个稳定关联位点与以往的研究结果一致；37个为新发现稳定位点，其中3个与株高稳定关联的位点，分布在7D染色体上，解释表型变异的3.60%~4.39%；9个与穗长稳定关联的位点，分别分布在1D、3A、5B和7D染色体上，解释表型变异的5.61%~8.42%；1个与穗粒数稳定关联的位点，分布在7D染色体上，解释表型变异的6.06%~7.22%；8个与有效分蘖数稳定关联的位点，分布在1B染色体上，解释表型变异的6.33%~8.73%；6个与粒长稳定关联的位点，分别分布在2A和5B染色体上，解释表型变异的5.45%~6.62%；7个与粒宽稳定关联的位点，分别分布在4B和5A染色体上，解释表型变异的6.90%~10.51%；3个与千粒重稳定关联的位点，分布在3A染色体上，解释表型变异的7.05%~7.69%；对稳定位点进行候选基因分析，筛选到45个候选基因，其中有功能注释的基因41个，其中4个位于基因内。     

利用微卫星标记定位一个新的小麦抗白粉病基因

小麦农家品种ZB90是一个广谱抗白粉病材料.苗期和成株期鉴定表明,其白粉病抗性由显性单基因控制.从位于不同染色体上的53对微卫星引物中筛选出3对引物(Wms382、Wms311和Wms312),对144株F2分离群体进行抗病连锁性分析.另外,与Pm4a共分离的STS标记STS-470也被用于基因定位.这4个标记和抗病基因在染色体上的顺序为:基因位点-Xgwm382-Xgwm311-STS-470-Xgwm312,它们之间的遗传距离分别为2.9、4.5、23.1和49.6 cM,与小麦染色体2AL上已构建的微卫星图谱顺序一致.根据材料来源和抗病基因的染色体定位结果,确定该基因为一个新的小麦抗白粉病基因,并命名为PmZB90.文中还讨论了PmZB90和其他位于染色体2AL上的基因之间的关系.     

小麦单株穗数的遗传分析及基于QTL定位的最优基因型预测

为给小麦育种提供参考,以种植于陕西杨凌、岐山、乾县三地的中国春(母本)×兰考大粒(父本)F2∶3家系为材料,对小麦单株穗数进行数量性状主基因+多基因混合模型遗传分析和QTL定位,并对最优株系基因型及遗传效应进行预测。结果表明:(1)单株穗数符合数量性状遗传特征,由一对加性和部分显性主基因(A-1模型)控制。(2)联合分析三个环境下的单株穗数得到9个控制单株穗数的QTL位点,其中QPn4B-2为主效位点,具有增穗的加性效应,与遗传分析结果相吻合,同时还得到自身无主效应但存在较强上位效应的5个位点;单独分析得到具有QTL与环境互作效应的7个位点,可见上位效应及环境互作效应对小麦单株穗数遗传有较大的影响。(3)在排除基因与环境互作效应以及分别考虑三地基因与环境互作效应4种情况下,单株穗数最优基因型预测效应值较中国春(P1)分别增加了1.45、1.45、1.9337和1.45,其中岐山地区预测效应值最高,达3.954 2,由此可推知此杂交组合后代在提高单株穗数这一性状上存在较大潜力;岐山地区最优株系QTL基因型在QPn2A、QPn6B位点上与杨凌和乾县两地不同,可见不同环境所对应的最优株系基因型存在差异。预测了普通最优株系的最佳基因型组合,同时讨论了在育种中获得最优株系的途径。     

节节麦大穗大粒相关农艺性状的遗传分析

节节麦(Aegilops tauschii,DD)是六倍体普通小麦D基因组的祖先,其自然类群中含有丰富的抗逆、高产基因,利用其与四倍体硬粒小麦合成的六倍体小麦在现代小麦育种中得到了愈来愈多的应用。本课题在野生节节麦类群中发现了大穗、大粒材料AT462,利用其作母本与节节麦材料AT18(强分蘖)杂交;构建了F2、F3群体,通过调查亲本和群体单株的穗长、小穗数、粒长、粒宽和粒重等表型,对这些穗部性状进行了相关性分析和遗传分析。结果表明:(1)在F2和F3群体中,粒重、粒长与穗长之间不存在显著相关性,而且穗长与粒宽之间在两个群体中的平均相关系数绝对值小于0.1,粒重与小穗数之间的相关系数绝对值小于0.2,表明节节麦大粒相关性状不受穗长的影响,受小穗数影响也较小;(2)采用F2单世代分离分析的方法对节节麦AT462×AT18的F2群体大穗、大粒相关性状进行遗传分析,其中穗长受2对具有加性效应的主效基因控制;粒重和小穗数均同时受2对基因的加性效应、显性效应以及互作效应控制,其中加性效应占主导地位;粒长、粒宽均受2对基因的加性效应、显性效应以及互作效应控制,且三种效应较为均衡。这说明控制节节麦粒重、穗长、小穗数等产量性状相关基因的加性效应在遗传中占主导地位,在育种中较易利用,且其主效基因的遗传力达0.9。     

小麦旗叶宽主效QTLQFlw-5B遗传效应解析

为了明确位于小麦5B染色体上的一个旗叶宽主效QTL QFlw-5B的遗传效应,对5B染色体进一步加密,从而缩小靶区段的范围,在加密图谱的基础上,利用衍生自科农9204×京411的188个重组自交系群体(KJ-RIL),对8个环境下旗叶宽做进一步的定位分析,将 QFlw-5B定位于AX-110978403～AX-111671812的61.22～68.60 cM遗传距离范围内,能够解释9.40%～19.76%的旗叶宽表型变异,来自科农9204的等位基因增加旗叶宽0.04～0.07 cm。利用与 QFlw-5B紧密连锁标记AX-108884656对188个KJ-RIL家系进行遗传分析,结果表明, QFlw-5B优异等位基因在8个环境下均能增加穗粒数,在6个环境下能增加千粒重和单株产量,而对单株穗数有一定的负效应。利用310份育成品种(系)对 QFlw-5B优异单倍型的应用情况进行分析,结果表明, QFlw-5B优异单倍型虽然已经被育种家选择,但还有较大的遗传改良空间。     

利用永久F2群体定位小麦穗部性状相关的QTL

为发掘与小麦穗部性状相关的QTL,利用普通小麦BS366与白玉149杂交组合培育的73个DH群体为材料,构建了一套包含232个杂交组合的小麦永久F2群体,基于90K SNP芯片标记构建了高密度遗传图谱,并利用该图谱对2个环境下的穗长、小穗数、穗粒数和千粒重进行QTL定位.结果发现,所构建的图谱总长19 533 cM,含...     

转ABP9基因冬小麦的抗旱性评价

为了解转ABP9基因冬小麦材料的抗旱性,在雨养和灌溉条件下,对32份转ABP9冬小麦株系及其受体亲本石4185的主要农艺性状和抽穗期部分生理指标进行了测定,并采用隶属函数值法和抗旱性度量(D)值法对其抗旱性进行了综合评价,利用灰色关联度法对相关抗旱性状与抗旱指数之间的关联度进行了分析。结果表明,采用隶属函数值法和D值法评价时,分别有6和10份转基因小麦材料的抗旱性较受体亲本石4185增强。各农艺性状和生理指标依照与抗旱指数的关联度从高到低依次为单穗粒重、结实小穗数、千粒重、穗粒数、叶绿素含量、POD活性、MDA含量、SOD活性、株高、有效分蘖。因此,在对转ABP9基因抗旱小麦进行鉴定筛选时,应主要以单穗粒重、结实小穗数、千粒重、穗粒数等农艺性状作为参考,适当考虑生理指标的影响;由于不同指标或性状对小麦抗旱性的贡献不同,采用抗旱性度量值较平均隶属函数值进行抗旱性综合评价更为可靠。     

黄淮麦区小麦种质资源矮秆基因分布及其与农艺性状的关系

为了进一步阐明多个矮秆基因的分布及其与小麦农艺性状的关系,运用分子标记对来自我国黄淮麦区的246份小麦种质资源中6个矮秆基因位点(Rht1、Rht2、Rht4、Rht8、Rht9及Rht12)分别进行了检测,同时连续3年调查参试材料株高、穗长、穗下节长、小穗数、旗叶长、旗叶宽、穗粒数、粒长、粒宽和千粒重共10个农艺性状,分析了不同矮秆基因位点对小麦农艺性状的影响。结果表明,6个矮秆基因在黄淮麦区小麦中均具有广泛分布,其中含有Rht1和Rht2基因的小麦品种分布最广。分析矮秆基因位点对小麦农艺性状的影响发现,在Rht1位点,Rht1-B1a和Rht1-B1b两种基因型间的株高没有显著差异;在Rht2位点,拥有Rht2-D1b类型的小麦品种所有年份间的株高和穗下节长较低,但千粒重较高,为相对优良的基因型。排除Rht1和Rht2基因效应后,Rht4、Rht8、Rht9和Rht12位点对黄淮麦区小麦品种不同农艺性状均具有重要影响,其中,Rht4基因位点主要对小麦株高和千粒重具有重要影响,且Rht4-B1b类型为相对优良的基因型;Rht8基因位点主要对小麦穗下节长、穗长和千粒重具有重要影响,且Rht8-D1b类型为相对优良的基因型;Rht9基因位点主要对小麦株高和千粒重具有重要影响,且Rht9-A1a类型为相对优良的基因型;Rht12基因位点主要对小麦千粒重和穗长具有重要影响,且Rht12-A1a类型为相对优良的基因型。进一步分析发现,6个位点中对株高影响最大的是Rht2基因,其次是Rht4基因;有4个位点(Rht1、Rht2、Rht8、Rht12)对千粒重有显著影响,其中Rht2基因的影响最大。分析除Rht1外其他5个位点优良基因型在不同时期小麦品种中的分布发现,从早期历史品种、近期历史品种到现代品种,不同位点优良基因型分布比例总体呈现上升趋势,表明优良矮秆基因型在黄淮麦区小麦品种选育中的利用逐渐增加,尤其是82.9%的现代小麦品种已含有Rht2-D1b类型。     

渍害胁迫时期和持续时间对冬小麦产量及其构成因素的影响

为研究渍害胁迫时期和持续时间对小麦产量及其构成因素的定量化影响,以扬麦13号为供试品种,在拔节期、孕穗期和灌浆期,开展不同渍害胁迫持续时间（0、5、10和15 d）的盆栽试验,观测不同渍害胁迫处理下小麦产量及其构成因素的变化。结果表明,不同生育时期发生渍害胁迫均可导致小麦减产,且随渍害胁迫时间的延长,小麦产量下降均达到显著水平（P<0.05）。渍害胁迫造成的减产呈现为孕穗期>拔节期>灌浆期,渍害胁迫每增加1天,孕穗期、拔节期和灌浆期小麦单株产量分别下降0.79、0.59和0.48 g,表明孕穗期是小麦渍害胁迫的敏感期。此外,不同生育时期渍害胁迫对小麦产量构成的影响存在明显差异。拔节期渍害胁迫同时降低小麦株穗数、穗粒数和千粒重,但主要通过降低小麦穗粒数造成产量下降;灌浆期渍害胁迫对小麦株穗数和穗粒数的影响较小,主要通过降低千粒重造成小麦产量下降;孕穗期处于小麦从营养生长转为生殖生长阶段,此时发生渍害胁迫,对小麦株穗数和穗粒数的影响大于灌浆期,对千粒重的影响大于拔节期,因此,孕穗期渍害胁迫造成小麦减产最严重。为预防渍害胁迫造成小麦严重减产,应在孕穗期前后密切关注天气状况,在田间及时开沟排水。     

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。     

新麦草种子产量与繁殖性状的关联性分析

为了解新麦草的种子产量及繁殖性状间的关系,对27份新麦草种质资源的单株种子产量与7个产量性状的关联性进行了分析。结果表明,新麦草的单株生殖枝数、穗轴节数、单穗小花数和千粒重与单株种子产量关联最密切,其相关性表现为单株生殖枝数＞千粒重＞穗轴节数＞单穗小花数。经通径分析,单株生殖枝数（X₁）对单株种子产量（Y）直接效应最大,其余依次是单穗小花数（X₄）、单穗小穗数（X₃）、千粒重（X₇）、穗轴节数（X₂）和单穗结实种子数（X₅）,其中单穗结实种子数和结实率对种子产量均表现为负效应,且未达到显著水平。经逐步回归分析得到回归方程Y= -9.880 2+0.27X₁+0.012X₄+2.011 1X₇（R=0.805 8,P<0.001）,说明提高单株生殖枝数、千粒重、单穗小花数对新麦草增产的贡献最大,增加结实率也可间接提高新麦草的单株种子产量。     

转TaSCL14基因小麦的遗传稳定性及农艺性状分析

为了获得农艺性状优良的转TaSCL14基因小麦品系,以普通小麦品种小偃39为受体获得的转TaSCL14基因小麦T1～T3代株(系)为材料,对其中TaSCL14基因的遗传稳定性和主要的农艺特性进行分析。结果表明,转TaSCL14基因小麦的T1和T2代植株的阳性率分别达到55.9%和85.6%,穗粒数、冬前分蘖与对照存在显著差异;T3代4个转基因株系3-4、3-7、3-8和3-11的阳性率达到90%以上,且TaSCL14基因在各株系中的表达水平都高于对照。与野生型相比,转基因小麦T3代部分株系的冬前分蘖、冬后分蘖、有效分蘖和小穗数均较野生型呈显著或极显著提高,但千粒重都较野生型有所降低,其中株系3-4和3-7降低幅度较大,分别达到显著和极显著水平。以上结果说明,TaSCL14基因的过表达能够影响转基因小麦的部分农艺特性,并且在株(系)间有差异。