小麥ITMI重組自交系群體的葉片葉綠素含量QTL定位研究

耿小紅，武艷芍，楊 林

（1.運(yùn)城農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西運(yùn)城 044000；2.成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)分院，四川成都 611130）

小麥ITMI重組自交系群體的葉片葉綠素含量QTL定位研究

耿小紅1，武艷芍1，楊 林2

（1.運(yùn)城農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西運(yùn)城 044000；2.成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)分院，四川成都 611130）

【目的】定位發(fā)掘優(yōu)異的小麥葉片葉綠素含量相關(guān)位點(diǎn)，為小麥高抗及高光合育種提供分子基礎(chǔ)?！痉椒ā坷靡褬?gòu)建的重組自交系群體的高密度遺傳連鎖圖譜對(duì)小麥拔節(jié)期、抽穗期及灌漿期進(jìn)行葉片葉綠素含量QTL定位?！窘Y(jié)果】結(jié)果表明：2013－2014，2014－2015兩個(gè)環(huán)境及3個(gè)時(shí)期下共檢測(cè)到18個(gè)葉片葉綠素含量相關(guān)QTL位點(diǎn)。其中位于小麥染色體 2D（Xcdo534-Xbcd1716）、4D（Xfba177-Xbcd1431）、6A（Xfbb170-Xmwg934）及 6D（Xcdo534-Xbcd1716）4個(gè)區(qū)段上的葉綠素相關(guān)位點(diǎn)在兩個(gè)環(huán)境中都被穩(wěn)定檢測(cè)到。位于染色體2D（Xbcd262-Xbcd102）、3D（Xbarc8-Xfba241與Xfbb147-Xgwm3）及6A（Xfbb170-Xmwg934）上4個(gè)區(qū)段上的葉綠素相關(guān)位點(diǎn)在抽穗期及灌漿期均被檢測(cè)到?！窘Y(jié)論】小麥中不同葉片的葉綠素含量受不同遺傳機(jī)制調(diào)控。

小麥；葉綠素含量；QTL；重組自交系群體

小麥?zhǔn)牵═riticum aestivum L.）世界上最主要的糧食作物之一。伴隨世界人口的急劇增長(zhǎng)及作物種植面積的日趨減小，選育突破性高產(chǎn)品種是目前小麥育種的主要目標(biāo)[1]。植物光合作用通過光合色素（如葉綠素）將CO2和水轉(zhuǎn)為可存儲(chǔ)的有機(jī)物質(zhì)，因此光合作用在植物干物質(zhì)的累積過程中發(fā)揮重要作用。過去研究顯示，延緩葉綠素降解時(shí)間可以增加作物產(chǎn)量，和作物籽粒重量顯著正相關(guān)[2-3]。除葉綠素穩(wěn)定周期外，旗葉中葉綠素含量也與籽粒中光合產(chǎn)物累積、籽粒飽滿度及單株產(chǎn)量顯著相關(guān)[4-5]。在小麥中，葉片光合產(chǎn)物對(duì)籽粒產(chǎn)量貢獻(xiàn)率為67%～73%，旗葉光合產(chǎn)物對(duì)籽粒產(chǎn)量貢獻(xiàn)達(dá)到50%[6]。葉片光合系統(tǒng)容易因過氧化或其他環(huán)境脅迫而受到嚴(yán)重破壞，該類破壞可以導(dǎo)致作物的嚴(yán)重減產(chǎn)，產(chǎn)量損失甚至超過50%[7-8]。因此研究高抗且耐環(huán)境脅迫的優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源，以發(fā)掘到小麥中表達(dá)穩(wěn)定的參與光合作用的基因，對(duì)提高小麥抗性及產(chǎn)量穩(wěn)定性具有重大意義。普通小麥（AABBDD）是由四倍體小麥（AABB）和節(jié)節(jié)麥（DD）雜交后產(chǎn)生的異源六倍體物種。但僅有極少數(shù)四倍體小麥及節(jié)節(jié)麥的資源參與普通小麥進(jìn)化歷程中，但是大多數(shù)普通小麥祖先種或祖先近緣種優(yōu)異資源尚還未被利用發(fā)掘。本研究擬通過以人工合成小麥為親本構(gòu)建的重組自交系群體，對(duì)小麥灌漿期進(jìn)行干旱處理后的葉綠素含量進(jìn)行QTL定位，以發(fā)掘到優(yōu)異的葉綠素含量相關(guān)基因，為小麥高抗及高光合育種提供分子基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

本研究采用的主要研究對(duì)象為國(guó)際小麥作圖群體（international titiceae mapping initiative，ITMI），該群體是包括110個(gè)株系的F12的重組自交系群體，親本為人工合成六倍體小麥“W7984”及普通小麥“Opata85”，該群體及其親本材料由美國(guó)農(nóng)業(yè)部種質(zhì)資源庫(kù)提供（http：//www.ars-grin.gov/）。

重組自交系群體株系、群體親本“W7984”及“Opata85”于2013—2014，2014—2015年種植于成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)。田間設(shè)計(jì)采用單粒播種，種植行長(zhǎng)2 m，單株間距0.1 m，行間距0.3 m，每株系種植5行，常規(guī)肥水管理及病蟲害防治。

1.2 表型鑒定

葉綠素含量測(cè)定采用葉綠素儀（SPAD-502 Plus，Minolta，Japan）測(cè)定。每個(gè)株系隨機(jī)采取10株測(cè)量，取其平均值。測(cè)定時(shí)期為拔節(jié)期、抽穗期及灌漿期。其中拔節(jié)期取樣部位為完全展開的倒2葉，抽穗期及灌漿期取樣部位為旗葉。

1.3 遺傳連鎖圖譜及QTL定位分析

所有數(shù)據(jù)均采用SPSS16.0分析軟件進(jìn)行方差分析；ITMI群體遺傳連鎖圖譜來(lái)自GrainGenes數(shù)據(jù)庫(kù)（http：//wheat.pw.usda.gov）[9]；QTL 作圖采用IciMapping 2.2的完備區(qū)間作圖法[10]；QTL檢測(cè)步移速度為1.0 cM，LOD閾值為2.5。

2 結(jié)果與分析

人工合成小麥“W7984”在拔節(jié)期時(shí)其倒2葉中葉綠素含量顯著高于普通小麥“Opata85”，在抽穗期時(shí)旗葉中葉綠素含量顯著高于“Opata85”，但灌漿期時(shí)“W7984”旗葉中葉綠素含量較“Opata85”低。各生育期下葉片中葉綠素含量在ITMI群體中呈連續(xù)性分布，且都存在超親分離現(xiàn)象（見表1），因此該群體適宜于目標(biāo)性狀的QTL定位研究。相關(guān)分析中，拔節(jié)期葉綠素含量與抽穗期葉綠素含量及灌漿期相關(guān)性不顯著，其表型相關(guān)系數(shù)分別為0.140 3和0.124 1，遺傳相關(guān)系數(shù)分別為0.110 9和0.103 3。抽穗期葉綠素含量及灌漿期葉綠素含量顯著相關(guān)，其表型相關(guān)系數(shù)和遺傳相關(guān)系數(shù)分別為0.689 1（P＜0.05）和 0.523 0（P＜0.05）。結(jié)果顯示，3 個(gè)時(shí)期葉片葉綠素遺傳力均較高。

兩個(gè)環(huán)境下共檢測(cè)到5個(gè)拔節(jié)期葉片葉綠素含量相關(guān)QTL，分別位于1D、2A、3A、5B和6D染色體上，解釋表型變異率為6.09%～12.79%（見表2，圖1）。其中，Qcs-6D在兩個(gè)環(huán)境下都被檢測(cè)到。Qcs-3A和Qcs-6D對(duì)該時(shí)期葉綠素含量貢獻(xiàn)率超過10%。Qcs-5B和Qcs-6D正向加性效應(yīng)來(lái)源于人工合成親本“W7984”，其余3個(gè)位點(diǎn)正向加性效應(yīng)來(lái)源于普通小麥親本“Opata85”。

表1 ITMI群體及其親本表型測(cè)定值Table 1 Phenotypic value of ITMI population and their parents

7個(gè)抽穗期旗葉葉綠素含量相關(guān)QTL被定位于 1B、2D、3D、4D、5D 及 6A 染色體上，其表型貢獻(xiàn)率為7.40%～15.27%（見表 2，圖1）。其中 Qch-2D、Qch-3D.2、Qch-4D及Qch-5D上QTL對(duì)旗葉葉綠素含量表型變異解釋率超過10%。Qch-2D及Qch-4D在兩個(gè)供試環(huán)境中都有表達(dá)。Qch-1B、Qch-3D.1、Qch-5D及Qch-6A正向加性效應(yīng)來(lái)源于親本“W7984”，其余3個(gè)位點(diǎn)正向加性效應(yīng)來(lái)源于親本“Opata85”。

表2 ITMI群體目標(biāo)性狀QTL定位結(jié)果Table 2 QTLs for objective traits in ITMI population

6個(gè)灌漿期旗葉葉綠素含量相關(guān)QTL被定位于2D、3D、6A、6B和7B染色體上，解釋表型變異率為6.21%～9.54%（見表2，圖1）。其中Qcf-2D 及Qcf-6A在兩個(gè)供試環(huán)境中都有表達(dá)，除Qcf-2D及Qcf-3D.2兩個(gè)位點(diǎn)正向加性效應(yīng)來(lái)源于親本“Opata85”外，其余4個(gè)位點(diǎn)正向加性效應(yīng)來(lái)源于親本“W7984”。

3 討論與結(jié)論

因?yàn)槿~綠素含量的遺傳力較高，且與葉片葉綠素含量相關(guān)的主效QTL位點(diǎn)已有報(bào)道[6]。V.Verma等[2]在2B染色上發(fā)現(xiàn)葉片衰老相關(guān)的QTL位點(diǎn)，M.Graziani等檢測(cè)到2BL染色體上Xgwm1027-Xwmc361區(qū)段內(nèi)存在葉綠素含量相關(guān)QTL位點(diǎn)[11]。Zhu X.F.等[6]利用 Jing411×Hongmangchun21 重組自交系群體在2B上克隆到由7個(gè)外顯子和6個(gè)內(nèi)含子組成的Tabas1-B1基因，該基因控制葉綠素含量及千粒重性狀表達(dá)，與SSR標(biāo)記Xgwm47和Xgwm319連鎖[12-13]。本研究定位結(jié)果中，Qch-2B位于Xgwm319和Xgwm47之間，與Tabas1-B1基因有較高等位性。

圖1 ITMI群體目標(biāo)性狀QTL定位結(jié)果Figure 1 QTLs for objective traits in ITMI population

除與控制葉綠素含量相關(guān)的主效基因外，微效QTL位點(diǎn)報(bào)道也較多。S.Tahmasebi等利用167份F7重組自交系群體（SeriM82×Babax） 在 1B、2B、2D、3B、4B、4D、5A、6A、6D、7A 和 7D 上檢測(cè)到 11 個(gè)灌漿期葉片葉綠素含量相關(guān)QTL位點(diǎn)[14]。M.Graziani等利用249份重組自交系群體在16個(gè)地中海環(huán)境中共檢測(cè)到8個(gè)成熟期旗葉葉綠素相關(guān)QTL位點(diǎn)，其中4個(gè)在所有供試環(huán)境中都表達(dá)的QTL分別位于1B、2B、3B 和 6B 染色體上[11]。Yu M.等利用 ITMI群體在苗期檢測(cè)到3個(gè)葉片葉綠素相關(guān)位點(diǎn)分別位于染色體5B及7B上[15]。本研究中發(fā)掘到的2D、5B、6A、6B、6D及7B上QTL位點(diǎn)與以上位點(diǎn)可能位于同一區(qū)間或具有較高等位性，而位于1D、2A、3A、3D、4D及5D上相關(guān)位點(diǎn)可能是尚未報(bào)道的新位點(diǎn)。

本研究中共檢測(cè)到的2D（Xbcd262-Xbcd102）、3D（Xbarc8-Xfba241 和 Xfbb147-Xgwm3）及 6A（Xfbb170-Xmwg934）上4個(gè)區(qū)段同時(shí)在抽穗期和灌漿期都有表達(dá)。而拔節(jié)與抽穗期及灌漿期無(wú)公共位點(diǎn)檢測(cè)，遺傳相關(guān)分析也得出一致結(jié)果，這可能歸咎于小麥中發(fā)育不同時(shí)期的葉片葉綠素含量受到不同遺傳機(jī)制調(diào)控。此外，本研究中檢測(cè)到的公共位點(diǎn)可能與葉片抗衰老相關(guān)，位于2B上的Tabas1-B1基因就被報(bào)道具有調(diào)控衰老機(jī)制[17]，因此進(jìn)一步研究此類位點(diǎn)，對(duì)解析小麥抗衰老機(jī)制及抗逆境育種具有十分重要意義。

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QTL Mapping for Leaf ChlorophyII Content in ITMI Recombinant Intercross Lines Population of Wheat

GENG Xiao-hong1*，WU Yan-shao1，YANG Lin2
（1.Yuncheng Vocational and Technical College of Agriculture，Yuncheng 044000，Shaanxi，China；2.Chengdu Agricultural College，Agriculture and Horticulture Department，Chengdu 611130，China)

【Objective】 The objective of this study was to expound genetic basic of leaf chlorophyII content in wheat.【Method】A recombinant intercross lines population contain 110 lines were used to perform QTL analysis based on a high density genetic map at jointing stage，heading stage，and filling stage.【Results】12 QTLs for leaf chlorophyII content were identified during 3 periods in both environments of 2013-2014 and 2014-2015.Four QTLs on 2D（Xcdo534-Xbcd1716），4D（Xfba177-Xbcd1431），6A（Xfbb170-Xmwg934），and 6D（Xcdo534-Xbcd1716）were identified in both 2 environments，and 4 common QTLs on chromosomes 2D（Xbcd262-Xbcd102），3D（Xbarc8-Xfba241 and Xfbb147-Xgwm3），and 6A（Xfbb170-Xmwg934）were expressed in both heading stage and filling stage.【Conclusion】Taken together，the chlorophyII content in different leaf are regulated by different genetic mechanism.

wheat；leaf chlorophyII content；QTL；RIL population

S512.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1000-2650（2017）02-0139-05

10.16036/j.issn.1000-2650.2017.02.001

2017-01-09

山西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（一般項(xiàng)目）（201603D221001-4）。

耿小紅，講師，主要從事作物遺傳育種研究，E-mail：gengxiaohong126@126.com。

（本文審稿：武 晶；責(zé)任編輯：劉詩(shī)航；英文編輯：劉詩(shī)航）