小麦品系M8003-5抗条锈病基因遗传分析和分子作图

为了利用小麦抗条锈病品系M8003-5中的抗病基因,用当前7个流行的条锈菌生理小种对小麦品系M8003-5的抗条锈性进行了鉴定,发现该品种对当前的各优势小种均有良好抗性。在温室内以病菌小种Su11-4对M8003-5在进行苗期抗条锈性鉴定和遗传分析,初步确定M8003-5对Su11-4的抗性由1对显性基因控制,位于7DS上的SSR标记Xbarc5、Xwmc463、Xwmc405、Xbarc126、Xgwm295、Xgwm44、Xwmc702、Xwmc438、Xwmc121、Xgwm111和Xbarc121与该基因连锁,最近的为Xwmc702和Xwmc438,遗传距离分别为3.5 cM和4.3 cM。分子标记及其相关分析表明,此基因可能来自黑麦,与已定位于7D染色体上的抗病基因不同,暂命名为YrM8003。利用与其紧密连锁的标记Xwmc702和Xwmc438测黄淮麦区43个主栽品种,结果显示,有20%的品种具有与YrM8003基因相同的标记位点。这一结果有助于YrM8003在抗条锈病育种的应用。     

小麦抗旱品种的遗传多样性分析及株高优异等位变异挖掘

为了解北方冬麦区小麦抗旱品种的遗传多样性,筛选株高相关标记的等位变异,选用117个均匀分布于小麦各条染色体的SSR标记,对136份小麦抗旱品种进行分析。共检测到1484个等位变异,平均每个标记12.6个等位变异,变化范围为2～42个,供试材料的多态性遗传信息含量(PIC)变化范围为0.016～0.941,平均为0.640。聚类分析把同一地区或育种单位育成的品种、具有共同亲本的姊妹品种聚为一类,部分相近年代选育的品种也分别聚在一类,国外材料的基因导入对育成品种的遗传基础产生了影响。关联分析表明,在旱地条件下与株高显著相关的标记有19个(P0.01),其中6个极显著相关(P0.001);在水地条件下与株高显著相关的标记也有19个,其中7个极显著相关。水、旱两种条件下共检测出与株高极显著相关的标记9个,分别是Xbarc125(7D)、Xbarc168(2D)、Xgwm126(5A)、Xgwm130(2B)、Xgwm212(5D)、Xgwm285(3B)、Xgwm495(4B)、Xgwm95(2A)和Xwmc396(7B),其中Xgwm285的220bp、Xgwm495的181bp、Xgwm212的99bp和Xbarc125的167bp等位变异是与矮秆关联的优异等位基因。     

小麦品种中梁21抗条锈病基因遗传分析与SSR标记定位

用7个我国当前流行的条锈菌生理小种评价中梁21的苗期条锈抗性,结果表明该品种对我国优势流行小种具有良好的抗性。采用CYR30小种对中梁21与铭贤169杂交的F₁、BC₁、F₂及F₃代群体进行遗传分析,并利用SSR分子标记进行遗传作图,发现中梁21对CYR30的抗性由1个显性基因控制,暂命名为Yrzhong21。该基因与位于小麦5AL染色体上的10个SSR位点Xgwm186、Xbarc165、Xwmc795、Xbarc40、Xgwm156、Xgwm617、Xwmc415、Xbarc151、Xwmc338和Xgwm666连锁,其中最近的侧翼位点为Xgwm186和Xbarc165,其遗传距离分别是7.5 cM和2.7 cM。系谱分析及结合分子标记结果表明,该基因可能来自Ciemenp。与已定位于5A染色体上的抗条锈病基因的比较表明,Yrzhong21可能是一个抗条锈病的新基因。用标记Xgwm186和Xbarc165检测中梁系列品种,其中仅17%扩增到与中梁21相同的位点,表明该基因在抗条锈病育种中可能有很大的应用潜力。     

宁麦9号及其衍生品种(系)揉混特性的关联分析

揉混特性是评价面团流变学特性的重要指标,影响面食产品的品质。宁麦9号曾是我国长江中下游小麦生产中大面积应用的优质软质小麦品种,而且以其为亲本育成了17个小麦品种。研究与宁麦9号揉混特性相关的分子标记可为该品种在软质小麦品种育种中的应用提供依据。以宁麦9号及其117个衍生品种(系)为材料,利用覆盖小麦全基因组的185对多态性SSR引物对其进行基因组扫描,并结合2009–2010和2010–2011生长季的揉混参数表型数据,应用混合线性模型(Mixed-linear Model, MLM)进行全基因组关联分析,发掘与其相关联的分子标记位点。共检测到13个与揉混参数相关联的标记位点(P<0.01),表型贡献率为5.71%~12.33%。其中,与和面时间关联的有3个,Xwmc594连续两年被检测到;与峰值高度关联的有3个;与峰值宽度关联的有2个,Xgwm299连续两年被检测到;与8 min带宽关联的7个中,4个(Xwmc11、Xbarc320、Xbarc110和Xgwm577)连续两年被检测到。此外,Xwmc594和Xgwm577同时与和面时间、8 min带宽相关联。以上6个稳定的关联位点均对相应揉混参数起负向调控作用,其连锁的分子标记有望应用于以宁麦9号为亲本的软质小麦遗传改良。     

抗旱小麦新品种‘晋麦102号’的选育

针对山西省干旱缺雨,旱寒交迫和倒春寒严重的生态环境,山西农业大学小麦研究所以抗旱节水、高产优质为育种目标,通过水旱交叉生态选择、多环境多点鉴定等手段,利用分子标记辅助育种新技术,经系谱法选育出抗旱小麦新品种‘晋麦102号’。该品种检测到9个与水分高效利用紧密连锁的分子标记以及8个抗旱节水相关基因。2015-2017年在山西省南部旱地区域试验中,2年区试平均产量4 776.75 kg/hm2;比对照品种‘晋麦47号’增产9.3%,‘晋麦102号’株高75 cm左右,有效穗数5.15×106hm-2,穗粒数30～35粒,千粒重38 g,该品种为冬性、早熟、抗寒、抗旱,高产、稳产、成熟落黄好,综合农艺性状优良,产量水平高,增产潜力大,适应性广,各项指标稳定。‘晋麦102号’于2017年通过山西省审定,该品种适宜于山西省南部中熟冬麦区旱地麦田大面积推广种植。本研究分析了‘晋麦102号’的育种策略,深入思考了山西省旱地小麦育种未来发展的方向,为培育突破性的旱地小麦新品种提供有益信息。     

抗旱优质高产小麦新品种晋麦97号选育及其特征分析

针对我国小麦品质要求不断提高的育种和生产需求,以临丰3号为母本,临优145为父本,采用系谱远缘杂交育种法,通过异地鉴定、生态选择、分子标记辅助选择育种等手段选育而成小麦新品种晋麦97号。试验鉴定结果表明:该品种含有7个抗旱节水相关基因和10个与水分高效利用紧密连锁的标记。2013年、2014年在山西省南部旱地区域试验中,2年区试平均产量4 546.5 kg/hm2;比对照品种晋麦47号增产9.2%,株高75 cm左右,穗长7 cm左右,千粒重41 g,生育期236~240 d,粗蛋白18.09%、湿面筋37.9%、Zeleny沉淀值43.0 m L,抗旱性好品质优。由此可知,品种晋麦97号适宜山西省南部和陕西省渭北旱塬等黄淮旱地麦区引种种植。本研究解析了晋麦97号育种策略,对黄淮旱地小麦育种未来发展方向进行了深入思考,为培育突破性旱地小麦新品种提供有益信息。     

人工合成小麦CI191抗条锈病基因的鉴定及分子标记定位

抗病性鉴定结果表明,硬粒小麦-粗山羊草人工合成小麦CI191(CPI/GEDIZ/3/GOO//JO69/CRA/4/AE.SQ629),对我国曾经或现在流行的小麦条锈菌生理小种CY28、CY29、CY30、CY31、CY32和水源11致病类型4表现免疫或近免疫。基因推导结果显示,CI191对条锈菌的反应型不同于24份已知抗条锈病基因品种(系),对21个条锈菌生理小种表现抗性,对条锈病菌生理小种86107表现感病反应型(IT3)。对CI191/铭贤169杂交组合的正交、反交的F1材料以及F2代群体进行抗病鉴定与遗传分析,结果表明,CI191对条锈菌小种CY31的抗性受细胞核内的显性单基因控制。利用集群分离分析法(BSA)和简单重复序列(SSR)分子标记分析,发现7个SSR标记与YrC191连锁。构建了包含YrC191的SSR标记遗传图谱,其中Xbarc240与YrC191共分离,Xcfd65、Xbarc187、Xgwm18、Xgwm11位于Xbarc8与YrC191的同侧,与YrC191间遗传距离3.2cM,Xbarc8与YrC191间遗传距离为1.6cM,Xwmc419位于YrC191另一侧、遗传距离为3.1cM。根据SSR分子标记的遗传图谱和在中国春的缺体-四体和双端体的定位结果,将YrC191定位到小麦染色体1BS上。YrC191基因的4个SSR标记和Yr26的1个STS标记可以明显地区分YrC191与染色体1BS上的其他抗条锈病基因,如Yr24、Yr26/YrCH42、Yr10、Yr15和YrC142等。     

西藏三联小穗小麦中三联小穗性状控制基因的SSR分子标记定位

西藏三联小穗小麦是中国西藏地区一种独特的小麦地方品种,拥有特殊的三联小穗性状,超多的小穗数和小花数。分子定位控制三联小穗基因的基因座,发掘与之紧密连锁的分子标记,可为小麦高产育种提供分子标记辅助选择工具。本研究利用西藏三联小穗小麦的衍生系TTSW-5与普通穗型小麦,间3和川麦55,分别构建F2群体,成熟后进行穗部性状的表型分析和SSR基因型鉴定。性状表型遗传分析表明,西藏三联小穗小麦的三联小穗性状由两个独立遗传的隐性基因控制;通过SSR标记鉴定来自TTSW-5/间3组合的F2群体,在2A染色体上检测到1个与三联小穗性状相关的QTL,定位于SSR标记Xgwm275和Xgwm122之间,两标记间的遗传距离为6.6cM,该QTL的LOD值为6.19,可解释的表型变异值为33.1%,初步命名为qTS2A-1。我们推测qTS2A-1可能是控制三联小穗性状相关的主效QTL,SSR标记Xgwm275和Xgwm122可能可用于三联小穗性状的辅助选择。     

一个普通小麦Trx超家族新基因TaNRX的克隆与抗旱相关标记开发

抗旱相关基因的挖掘和分子标记开发对选育抗旱小麦品种有重要意义。采用同源克隆、电子克隆、RACE技术和生物信息学分析手段,获得了普通小麦硫氧还蛋白(Trx)超家族一个新基因(TaNRX)的全长cDNA序列(GenBank登录号为KC890769),包含2015 bp,其中开放阅读框1734 bp;预测编码577个氨基酸,分子量为63.79 kD,含3个Trx活性功能区,其中2个存在典型的Cys-X1-X2-Cys结构,具有催化氧化还原反应的活性。TaNRX基因被定位在小麦的5B染色体短臂上,包含4个外显子和3个内含子。比较该基因在两组极端相对发芽率品种中的序列差异,发现第1个内含子差异明显。基于差异位点开发了4个显性互补标记,并用其检测150份小麦品种(系)。检测到TaNRX基因在普通小麦中至少存在2种与抗旱相关的等位变异,分别是TaNRX-a和TaNRX-b;TaNRX-a基因型的品种(系)平均相对发芽率显著高于TaNRX-b基因型(P0.01),说明开发的标记可被用于小麦抗旱性鉴定筛选。     

强筋抗旱高产小麦新品种‘晋麦101号’的选育

本研究重点围绕聚合抗旱强筋优质高产广适的育种目标,以广适性优质‘晋麦79号’为母本,以抗旱抗冻优质F14005为父本进行杂交,以期实现性状互补,优质基因累积。采用系谱杂交育种法,通过水旱地交替选择,异地生态抗逆鉴定、分子标记辅助选择育种等手段选育而成小麦新品种‘晋麦101号’。分子遗传试验鉴定结果表明:该品种含有8个抗旱节水相关基因和10个与水分高效利用紧密连锁的标记。2015年、2016年在山西省南部旱地区域试验中,2年区试平均产量5 260.5 kg/hm^2,比对照品种‘晋麦47号’增产8.7%;2017年参加山西省南部旱地生产试验中,平均产量4 822.5 kg/hm^2,比对照‘晋麦47号’增产8.0%,株高82~92 cm左右,穗长7.3 cm左右,千粒重36.8 g,生育期234~236 d,容重778 g/L、粗蛋白15.52%、湿面筋31.85%、稳定时间10.0 min,是近年来中国黄淮旱地难得的强筋型优质抗旱品种。2017年通过山西省农作物品种审定委员会审定(审定编号:晋审麦20170003号),该品种具有品质优、产量高、稳产性好、抗旱抗逆性强、适应性广等特点,适宜山西省南部和宁夏旱塬等北部旱地麦区引种种植。     

小麦–中间偃麦草渗入系抗白粉病基因PmCH7124的分子定位

小麦新种质CH7124由八倍体小偃麦TAI8335与高感白粉病小麦品种晋麦33杂交后代衍生而来,在苗期对白粉病菌株E09、E20、E21、E23、E26、Bg1和Bg2表现免疫或高抗,抗病表现与TAI8335及其野生亲本中间偃麦草相似。基因组原位杂交未检测到CH7124含有外源染色体信号。利用CH7124与感病亲本SY95-71和绵阳11的杂交群体接种鉴定和遗传分析证实,CH7124成株期对E09的抗性由1对显性核基因控制,暂命名为Pm CH7124。采用分离群体分组分析法(bulked segregant analysis,BSA)对SY95-71/CH7124的F6群体进行SSR标记扫描,发现抗性基因Pm CH7124与5对SSR标记连锁,与两翼邻近标记Xgwm501和Xbarc101的遗传距离分别为1.7 c M和4.5 c M。利用中国春缺体–四体和双端体材料,将Pm CH7124及其连锁标记定位在小麦2B染色体长臂上。通过分析2BL上其他抗白粉病基因的抗谱、抗性来源、物理图谱位置以及连锁标记在Pm CH7124作图群体中的多态性,认为Pm CH7124不同于2BL上已知的抗白粉病基因Pm6、Pm33、Pm JM22、Ml Zec1、Ml AB10和Ml LX99。     

PEG-6000模拟干旱对春小麦种子萌发的影响

以春小麦品种宁春50号和宁春4号种子为供试材料,采用5种不同浓度的PEG-6000模拟干旱条件,研究春小麦种子萌发期对干旱胁迫的响应,比较不同品种春小麦的抗旱性。结果表明,随着PEG-6000浓度的增加,春小麦种子发芽指数、干物质转移率、芽长、总鲜重均呈明显下降趋势,种子残留干重、总干重、根冠比则呈上升趋势;低中浓度的PEG-6000处理对春小麦种子的发芽率和发芽势无显著影响,高浓度的PEG-6000处理下种子的发芽率和发芽势显著下降,宁春50号早期幼苗的可溶性蛋白和脯氨酸含量以及抗氧化物酶活性呈上升趋势,而宁春4号则呈先上升后下降的趋势。采用隶属函数法比较2个品种春小麦种子萌发期的抗旱性,宁春50号种子萌发期抗旱性高于宁春4号。     

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。     

Identification and molecular mapping of a leaf rust resistance gene in spelt wheat landrace Altgold

Leaf rust, caused by Puccinia triticina, is an important disease for wheat production, both in China and worldwide. In laboratory studies spelt wheat (Triticum aestivum ssp. spelta) landrace Altgold was resistant to P. triticina races THT and PHT and genetic analysis indicated that it possessed a dominant leaf rust resistance gene, temporarily designated LrAlt. F₆ recombinant inbred lines (RILs) derived from a cross with the susceptible common wheat cultivar Nongda 3338 were used to map LrAlt with SSR markers. The resistance gene was distal to SSR loci Xbarc212, Xwmc382, Xgwm636, and Xwmc407 on the short arm of chromosome 2A. The closest markers Xbarc212 and Xwmc382 which co-segregated were 1.8 cM away from LrAlt. The relationships of LrAlt and other wheat leaf rust resistance genes located on the short arm of chromosome 2A were discussed, suggesting that LrAlt might be a new leaf rust resistance gene.     

小麦品种贵农21抗条锈病基因的SSR标记

对贵农21携带的条锈病 (Puccinia striiformis Westend f. sp. tritic) 抗性基因进行鉴定和遗传分析,明确了贵农21携带1个抗条锈病显性单基因,暂命名为YrGn21。采用F₂代抗病分离群体和集群分离分析法(BSA),建立了与YrGn21连锁的11个微卫星标记Xcau14、Xwmc49、Xgwm403、Xgdm62、Xwmc272、Xgwm459、Xbarc240、Xbarc187、Xgdm28、Xgwm11和Xgwm413,并将YrGn21定位于小麦1BS的近着丝粒区域,与位于1BS染色体上的Yr26基因具有等位性关系,为贵农21抗条锈病基因在育种中的利用,进行标记辅助选择和基因累加提供了便利。     

Identification and molecular tagging of a stripe rust resistance gene in wheat line P81

Stripe rust, caused by Puccinia striiformis f. sp. tritici (PST), is one of the most devastating diseases in common wheat ( Triticum aestivum L.). With the objective of identifying and tagging a new gene for resistance to stripe rust in wheat line P81, F₁, F₂ and F_2:3 populations from the cross 'Chuanmai 28'/P81 were inoculated with Chinese PST race CYR32 in greenhouse and field trials. P81 carried a single dominant gene for resistance (designated YrP81 ) to CYR32. Tests of allelism showed that YrP81 was different from Yr5 , Yr10 , Yr15 and Yr26 . Simple sequence repeat (SSR) and resistance gene-analogue polymorphism (RGAP) between the parents were used for genotyping the F₂ populations. YrP81 was closely linked to four SSR loci on chromosome 2BS with genetic distances of 18.3 cM ( Xwmc25 ), 1.8 cM ( Xgwm429 ), 4.1 cM ( Xwmc770 ) and 5.3 cM ( Xgwm148 ). Two RGAP markers RGA1 (NLRR/XLRR) and RGA2 (Pto kin4/NLRR-INV2) were also closely linked to YrP81 with genetic distances of 4.7 and 6.3 cM, respectively. The linkage map of YrP81 and molecular markers was established in the order Xwmc25 - RGA2 - RGA1 - Xgwm429 - YrP81 - Xwmc770 - Xgwm148 . Pedigree analysis, response patterns with Chinese PST races and associations with markers suggested that YrP81 is a novel stripe rust resistance gene. The PCR-based microsatellite and RGAP markers identified here could be applied in selection of YrP81 in wheat breeding.     

小麦穗发芽抗性的4个分子标记有效性检验

为筛选出适宜黄淮麦区和长江中下游麦区种植的抗穗发芽白粒小麦品种或种质资源,以36份黄淮麦区和长江中下游麦区的主要品种（系）及地方品种为研究对象,对已报道的4个与穗发芽抗性相关的分子标记：Vp1B3、Xgwm155、Xgwm269和Xbarc170进行有效性验证。测定参试材料种子萌发指数（GI）,并用上述4种标记进行PCR扩增,对扩增条带进行统计分析。结果表明,GI值显示,红粒品种（GI均值为5.1%）明显较白粒品种（GI均值为28.0%）低;4种标记扩增出的带型中仅Vp1B3的845 bp片段能有效地区分36份小麦品种(系);GI值筛选出6份抗穗发芽品种（系）中,其中3份为Vp1B3标记鉴定,可作为黄淮麦区和长江中下游麦区小麦穗发芽抗性育种中首选基因资源。     

72份冬小麦品种（系）胚芽鞘长度的聚类分析

为掌握冬小麦在轻度干旱胁迫条件下的胚芽鞘长度变化规律,验证其作为冬小麦早期抗旱鉴选指标的可行性,以72份冬小麦品种（系）为试验材料,采用10% PEG-6000模拟田间干旱胁迫,对不同材料的胚芽鞘长度进行调查,运用聚类分析方法按遗传距离对所有材料分类,结合单粒重指标分析72份冬小麦材料差异表现的原因。结果表明,按欧式遗传距离的远近可将72份冬小麦材料分为5大类8小类,类群Ⅲ平均胚芽鞘长度比对照晋麦47长47.83%,单粒重指标和胚芽鞘长度指标间存在显著正相关。该结果为冬小麦抗旱育种的亲本选配及引种评价提供依据。     

小麦抗白粉病新基因的AFLP和SSR标记及其染色体定位

M53 (YAV2/TEZ//Ae.squarrosa 249) 是硬粒小麦与粗山羊草的双二倍体合成种,携带一个抗白粉病新基因,暂命名为Pm-M53,该基因对北京地区白粉病优势生理小种15号表现免疫抗性。本研究利用来源于杂交组合M53/宛7107的一个F₂群体,在苗期采用白粉病15号小种（Blumeria graminis f. sp. tritici）接种,抗病反应型鉴定表明,抗感比例符合3∶1,说明其抗性受显性单基因控制;对部分F₂植株的F₃株系的抗病鉴定进一步证明了F₂鉴定的可靠性;利用AFLP和SSR标记技术结合F₂分离群体对目的基因进行了遗传作图,将目的基因定位在5D染色体的长臂上。其中AFLP标记P16M16_-109(Apm109)和P5M16_-161(Apm161)与目的基因的遗传距离分别为1.0和3.0 cM。SSR标记Xwmc289b、Xgwm583和Xgwm292与目的基因的遗传距离分别为20.0、33.0和24.0 cM。这些标记位于目的基因的两侧。利用中国春遗传背景的缺-四体和双端体结合AFLP标记Apm109确证了SSR标记定位的可靠性,进一步证明该基因是一个新的抗白粉病基因。