產(chǎn)量相關(guān)優(yōu)異等位變異在小麥骨干親本阿夫及其衍生后代中的分布

郭杰，施衛(wèi)萍，趙美月，郭佳暉

通過研究糧食作物的育種歷史，發(fā)現(xiàn)骨干親本的現(xiàn)象存在于大多數(shù)作物中。近年來，隨著分子標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展，很多研究從分子角度對大麥[1]、甘蔗[2]、水稻[3～5]和小麥[6～9]等作物的骨干親本進(jìn)行了遺傳剖析。在水稻中，以骨干親本桂朝2號為親本構(gòu)建了BC4F4的片段代換系群體，定位了粒長、粒寬等性狀相關(guān)QTL[3]。Li 等[4]和Tan等[5]以水稻骨干親本明恢63構(gòu)建了作圖群體，定位了穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量等性狀相關(guān)的QTL。為了定位產(chǎn)量性狀相關(guān)的QTL位點(diǎn)，Lin等[8]和Ma等[9]利用小麥骨干親本南大2419和望水白構(gòu)建了重組自交系群體。

利用骨干親本已培育出多個大面積推廣的小麥品種，其在品種更新?lián)Q代中具有非常重要的支撐作用，對于加快作物育種進(jìn)程和保證糧食安全有著重大意義。小麥骨干親本阿夫，原產(chǎn)意大利，20世紀(jì)60年代從阿爾巴尼亞引入中國，其農(nóng)藝性狀主要表現(xiàn)為抗倒性強(qiáng)，穗大粒多，適應(yīng)性廣。迄今，在長江中下游麥區(qū)、黃淮麥區(qū)和西北麥區(qū)等地利用阿夫作為親本產(chǎn)生的衍生后代品種(系)多達(dá)270個[10]。目前，對阿夫的報道主要集中在利用SSR位點(diǎn)分析其衍生后代的遺傳多樣性及位點(diǎn)的傳遞情況[11,12]。

本研究利用前人報道的與穗粒數(shù)[13]和千粒重[14]關(guān)聯(lián)的26個SSR標(biāo)記，掃描了阿夫及其在河南育成的18個衍生后代，從分子水平闡明了上述位點(diǎn)在阿夫及其衍生品種(系)中的分布規(guī)律，為下一步利用分子標(biāo)記選配親本組合、選擇雜交后代及分子設(shè)計育種提供了重要的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

研究材料為小麥骨干親本阿夫及其在河南育成的18個衍生后代品種(系)，其中子一代5個、子二代5個、子三代1個、子四代6個、子五代1個(表1)。材料由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所提供。

1.2 研究方法

1.2.1 SSR標(biāo)記的篩選

本研究選取的26個SSR標(biāo)記，其中9個標(biāo)記在前人研究中與穗粒數(shù)關(guān)聯(lián)[13]，17個與千粒重關(guān)聯(lián)[14]?？梢酝ㄟ^GrainGenes數(shù)據(jù)庫(http://archive.gramene.org/markers/)和Somers等[15]公布的遺傳圖譜進(jìn)行引物序列和退火溫度的查詢。

1.2.2 DNA的提取及毛細(xì)管電泳

基因組DNA的提取按照Sharp等[16]的方法。PCR反應(yīng)體系及程序參照Zhang等[13]。PCR產(chǎn)物純化后加入分子內(nèi)標(biāo)(GeneScanTM-500 LIZ，Applied Biosystems)，檢測擴(kuò)增的片段大小可以通過ABI3730(Applied Biosystems，F(xiàn)oster City，USA)DNA測序儀測定；利用Genemapper V 3.7軟件(Applied Biosystems) (http://www.appliedbiosystems.com.cn/)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取與收集。

表1 研究材料Table 1 Materials used in this study

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

SSR標(biāo)記遺傳多樣性的評價采用PowerMarker V 3.25軟件[17]，并利用其計算等位變異頻率和材料間的遺傳距離。在Mega 4.0軟件[18]中利用Nei氏距離[19]進(jìn)行NJ(neighbor joining)樹的構(gòu)建。

2 結(jié)果與分析

2.1 所選SSR標(biāo)記的遺傳多樣性

本研究選用了26個SSR標(biāo)記，如表2所示。已選標(biāo)記分布在小麥13條染色體上，主要等位變異頻率平均值為0.557，頻率變化范圍在0.211～0.889之間；每個標(biāo)記對應(yīng)的等位變異數(shù)量不同，變化范圍為2～9；多態(tài)性信息指數(shù)的平均值為0.512，變化范圍為0.194～0.830。標(biāo)記的優(yōu)異等位變異參考Zhang等[13]和Wang等[14]。

2.2 骨干親本及其衍生后代的遺傳關(guān)系分析

為了探討骨干親本阿夫與衍生后代間的遺傳關(guān)系，對所選材料進(jìn)行了NJ 聚類分析。結(jié)果顯示，19份材料聚成3組(圖1)。其中，花培128白大和花882793聚為一組。許昌26、鄭州17和豫保11聚為一組。其余的14份材料中，鄭州9285、豫30691-1-3和豫30691-3-6聚為一類，豫822367單獨(dú)為一類，鄭州741和花培64-2聚為一類，遂農(nóng)3號、豫85-2325和鄭87302-0-12-A聚為一類，百泉565和孟縣2號聚為一類，阿夫、花培128-8和開封10號聚為一類。

表2 SSR標(biāo)記的遺傳多樣性信息Table 2 The genetic diversity of SSR markers selected

圖1 阿夫及其衍生品種(系)聚類分析圖Fig.1 Neighbor joining (NJ) tree of Funo and its derivatives

圖2 穗粒數(shù)優(yōu)異等位變異在阿夫及其衍生后代中的分布Fig.2 Distribution of favorable alleles associated with kernel number per spikelet in Funo and its derivatives

圖3 千粒重優(yōu)異等位變異在阿夫及其衍生后代中的分布Fig.3 Distribution of favorable alleles associated with thousand kernel weight in Funo and its derivatives

2.3 穗粒數(shù)優(yōu)異等位變異在阿夫及其衍生后代中的分布

圖2列出了阿夫及其在河南育成的衍生后代共計19份材料，圖中綠色方格代表優(yōu)異等位變異，黃色方格代表非優(yōu)異等位變異，白色方格代表缺失數(shù)據(jù)。其中，阿夫子四代豫30691-1-3攜帶了8個與穗粒數(shù)關(guān)聯(lián)的優(yōu)異等位變異，開封10號(子一代)、許昌26(子一代)、孟縣2號(子二代)和鄭州9285(子二代)均攜帶6個與穗粒數(shù)關(guān)聯(lián)的優(yōu)異等位變異。

2.3 千粒重優(yōu)異等位變異在阿夫及其衍生后代中的分布

如圖3所示，阿夫子一代開封10號攜帶了8個與千粒重關(guān)聯(lián)的優(yōu)異等位變異，遂農(nóng)3號(子一代)、鄭州741(子一代)、花培128-8(子二代)、花882793(子四代)和豫30691-3-6(子四代)均攜帶7個與穗粒數(shù)關(guān)聯(lián)的優(yōu)異等位變異。

3 結(jié)論與討論

應(yīng)該說明的是，骨干親本的確定為事后總結(jié)，對指導(dǎo)后續(xù)的親本選擇有很大的幫助。由于品種改良本身是下一代踩著上一代的肩膀不斷攀登的結(jié)果，由骨干親本選育而來的品種作為產(chǎn)量(農(nóng)藝)親本繼續(xù)改良的可能性較大。因此，有了“骨干親本”的概念，育種家就會很自然地順藤摸瓜，沿著前人的成功經(jīng)驗(yàn)繼續(xù)前行[10]。

本研究解析了優(yōu)異等位變異在骨干親本阿夫及其衍生后代中的分布，在與穗粒數(shù)關(guān)聯(lián)的9個優(yōu)異等位變異中，阿夫子四代豫30691-1-3攜帶了最多(8個)，在與千粒重關(guān)聯(lián)的優(yōu)異等位變異中，阿夫子一代開封10號攜帶了最多(8個)。此外，我們發(fā)現(xiàn)，阿夫及其衍生后代覆蓋了26個產(chǎn)量相關(guān)位點(diǎn)的所有優(yōu)異等位變異，這也在一定程度上解析了這些后代能夠成為河南省育成品種的原因。

作物育種其實(shí)就是育種家以遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ)，并綜合應(yīng)用植物生態(tài)、生理、生物化學(xué)、植物病理和生物統(tǒng)計等知識，改良作物的遺傳特性，對各種農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的表現(xiàn)性狀進(jìn)行“創(chuàng)新”和“優(yōu)化”的過程，同時也是以培育高產(chǎn)、抗病、優(yōu)質(zhì)品種為主要目的的過程。本研究以前人報道的穗粒數(shù)和千粒重相關(guān)聯(lián)的優(yōu)異等位變異為切入點(diǎn)，就其在阿夫及其在河南選育的衍生后代中的分布進(jìn)行了分析，利用上述研究結(jié)果，后續(xù)可選擇具有差異優(yōu)良等位變異的個體為親本進(jìn)行雜交，實(shí)現(xiàn)優(yōu)異等位變異的聚合。我們相信，隨著研究的不斷深入，今后根據(jù)育種目標(biāo)進(jìn)行分子設(shè)計育種會成為可能[20]。

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