小麥結實小穗數QTL分析

馬昊翔 董凡凡 梁增浩 王曙光 王繪艷 景蕊蓮 黛珍

摘要：為利用分子標記輔助選擇技術選育抗旱高產小麥品種提供基礎，以小麥‘旱選10號/‘魯麥14DH群體為材料，在干旱脅迫及正常灌溉兩種水分條件下于2010年和2011年考察小麥主莖結實小穗數，通過采用基于混合線性模型的復合區間作圖法分析其QTL，研究控制小麥結實小穗數的數量性狀基因。共檢測到7個加性QTLs和2對上位性QTLs。加性QTL的LOD值介于2.56～5.08之間，分別位于2D、4A、6A和6B染色體上，對表型變異的貢獻率為7.19%-13.65%；上位性QTL的LOD值分別為5.24和5.47，分別位于3A和6B與4B和5B染色體上，對表型貢獻率分別為13.71%和17.93%。其中OFns-6A-2于2010年正常灌溉和2011年2種水分條件下均被檢測到，可用于分子標記輔助育種。

關鍵詞：小麥；結實小穗數；DH群體；QTL

中圖分類號：S512.1+1

文獻標志碼：A

論文編號：2013-0715

0 引言

小麥是中國的主要糧食作物之一，提高小麥產量是保障中國糧食安全的重要途徑。提高結實小穗數可增加穗粒數，從而改善產量構成因素。蒲定福等的研究表明，結實小穗數的遺傳較大程度偏離加性-顯性效應模型，且存在其他效應。海燕等認為，結實小穗數是由多對基因控制的數量性狀，遺傳基礎復雜。目前，DNA分子標記和遺傳連鎖圖譜已廣泛應用于數量性狀的研究。控制小麥小穗數的QTL已被定位于除2D、3D、4B之外的所有染色體上。對于結實小穗數QTL，不同研究者將其定位在不同染色體上。楊睿等利用波蘭小麥×普通小麥品系中13RIL群體將有效小穗數QTL定位于3B染色體上。張國華等以128份黃淮麥區小麥品種（系）為材料檢測到5個與可育小穗數顯著關聯的QTL，分布在1B、2A、4B和7A染色體上。張坤普等利用小麥花培3號/豫麥57DH群體將可育小穗數QTL定位在4A和5D染色體上。Li等利用‘Chuan 35050בShannong 483的RIL群體將結實小穗數QTL定位在2A、5D、6B和7D染色體上。Ma等利用136個‘Nanda2419בWangshuibaiRIL家系重排列互交產生的永久F₂群體將結實小穗數QTL定位在1A、2D、3B、6A、7A和7D染色體上。但目前關于干旱脅迫環境條件下小麥結實小穗數QTL的報道較少。鑒于此，本研究對干旱脅迫與正常灌溉2種水分條件下的結實小穗數QTL進行定位分析，檢測與之緊密連鎖的分子標記，為利用分子標記輔助選擇技術選育抗旱高產小麥品種提供基礎。

1 材料與方法

1.1試驗材料

供試材料為‘旱選10號/‘魯麥14雜種F₁花藥離體培養創建的一個具有150個家系的DH群體，群體內各家系間變異廣泛。該群體的2個親本‘旱選10號與‘魯麥14在抗旱性上的遺傳差異較大，母本‘旱選10號（晉麥5號）是優異抗旱資源；父本‘魯麥14是山東省煙臺市農科所育成的水地高產品種。

1.2試驗設計

DH群體及2個親本于2010年及2011年分別種植于山西農業大學農作站，行長2m，行距25cm，每行均勻播60粒種子。試驗采用裂區設計，3次重復。水分條件分為干旱脅迫（drought-stress，DS）和正常灌溉（well-watered，WW）。播前統一澆足底墑水，播種后干旱脅迫的材料全生育期只依靠自然降水，2010年與2011年小麥整個生育期降雨量分別為100mm和110mm；正常灌溉的材料在越冬前、拔節期、抽穗期、灌漿期分別灌溉，灌溉量650m³/（hm²·次）。

1.3測定內容及統計分析

成熟后每個家系及親本從小區中部隨機選取10株考種，記錄主莖結實小穗數（fertile spikelet number，FSN）。利用SPSS V20軟件對小麥DH群體各家系以及親本的主莖結實小穗數進行數據統計分析。

1.4QTL分析

QTL定位分析采用基于混合線性模型的復合區間作圖法的QTL作圖軟件QTL IciMapping V3.2，檢測小麥主莖結實小穗數在干旱脅迫與正常灌溉2種條件下的加性QTL、加性×加性上位性QTL。以LOD≥2.5作為閾值判斷QTL的存在與否，加性效應和上位性互作效應QTL分析以P<0.005、P<0.001為顯著水平進行顯著性檢驗。QTL的命名按照http：//www.graingenes.org的方法進行，即“QTL+性狀名稱縮寫+染色體編號”。

2 結果與分析

2.1DH群體及親本間的表型差異

DH群體及親本間的結實小穗數見表1。2年兩種水分條件下母本‘旱選10號的結實小穗數均顯著大于父本‘魯麥14，表明2個親本的遺傳基礎存在較大差異。DH群體結實小穗數2010年干旱脅迫下的平均值小于親本，其余條件下均介于兩親本之間。不同環境條件下，小麥DH群體各家系的結實小穗數均表現為超親分離，各家系之間存在明顯的遺傳差異，分布范圍廣泛，表現為連續的正態分布（圖1），符合QTL定位的要求。

2.2結實小穗數OTL分析

2年2種水分條件下，共檢測到7個加性QTLs（表2和圖2），分別位于2D、4A、6A和6B染色體上，LOD值介于2.56～5.42之間，對表型變異的貢獻率為7.19%～13.65%。其中位于標記區間WMC179.1-WMC256上的OFns-6A-2在2010年正常灌溉及2011年2種水分條件下均被檢測到，增效等位基因均來自父本‘魯麥14，為穩定表達的QTL。而QFns-2D（2010）、QFns-6A-1（2010）和QFns-4A（2011）僅在干旱脅迫下檢測到，QFns-6B-2僅在2011年正常灌溉下檢測到，表明這些QTLs受環境影響較大。

共檢測到2對上位性QTLs（表3）。2010年干旱脅迫下檢測到的QFns-3A和QFns-6B-1為A和B基因組間的互作，互作效應值為0.78，表現為正效應，即重組型上位性效應小于親本型上位性效應，對表型的貢獻率為17.93%；2011年干旱脅迫下檢測到的QFns-4B和QFns-5B為B基因組內的互作，互作效應值為0.54，表現為正效應，即重組型上位性效應小于親本型上位性效應，對表型的貢獻率為13.71%。不同年份正常灌溉條件下均未檢測到結實小穗數的上位性QTLs。

3 討論

數量性狀受多基因控制，遺傳基礎復雜，且易受環境影響，因此只有在多種環境條件或多個年份重復鑒定才能探知目的性狀的環境鈍感QTL，從而用于分子標記輔助選擇育種。本研究利用‘旱選10號/魯麥14DH群體，2年2種水分條件下，共檢測到7個加性QTLs。其中位于6A染色體標記區間WMC179.1-WMC256的QFns-6A-2在2010年正常灌溉及2011年2種水分條件下均被檢測到，為穩定表達的QTL，可用于分子標記輔助選擇育種。

利用相同的群體，An等于低氮條件下在6A染色體上相同標記區間檢測到一個氮吸收量QTL，Su等檢測到一個磷吸收量QTL。此外，Zhang等利用硬粒‘小麥UC1113בKofa的RIL群體在相同標記區間檢測到一個灰分含量QTL。另一方面，本研究檢測到的QFns-2D與劉秀林等利用相同群體檢測到的控制根直徑的QRD.cgb-2D以及Su等檢測到的旗葉greenness（葉綠素含量）QTL均位于2D染色體標記區間WMC18-Xgwm³0，表明這些QTLs（基因）或一因多效，或緊密連鎖。Yang等利用相同群體在相鄰標記區間WMC453.1-WMC18定位了1個莖可溶性糖QTL和1個成熟期千粒重QTL。這2個標記區間可能形成了根部性狀、產量性狀、氮磷吸收利用率、持綠性狀QTL熱點區域，在這些區域內發掘可靠的分子標記，一次可將控制多個優良性狀的基因轉移至同一品種中，從而大大加快育種改良進程，提高改良的效率。

基于Somers等的小麥遺傳連鎖圖譜，比較本研究定位的QTLs與先前定位的小麥結實小穗數QTL研究結果，發現一些QTLs位于相近的位置。例如，在6B染色體上檢測到的QFns-6B-2與Li等利用‘Chuan 35050בShannong 483的RIL群體檢測到的QFss.sdau-6B.e4相距約1cM，可能為同一基因。在2D染色體上檢測到的QFns-2D與Ma等利用136個‘Nanda2419בWangshuibaiRIL家系重排列互交產生的永久F₂群體檢測到的2個QTLs相距21～30cM；在4A染色體上檢測到的QFns-4A與張坤普等檢測到的qFsps4A相距約50cM，表明2D和4A染色體上確實存在結實小穗數QTL。

對于本研究檢測到的穩定表達的QTL以及QTL熱點區域，通過加密目標區間的連鎖圖譜或利用更大的作圖群體可實現結實小穗數QTL的精細定位和區分熱點區域QTL的一因多效性或緊密連鎖性，為圖位克隆提供基礎。

4 結論

本研究在2年2種水分條件下，共檢測到7個加性小麥結實小穗數QTLs，其中QFns-6A-2在2010年正常灌溉及2011年2種水分條件下均被檢測到，增效等位基因均來自父本‘魯麥14，為穩定表達的QTL，連鎖的分子標記可用于輔助選擇育種。其余4個QTL，包括QFns-2D、QFns-6A-1、QFns-4A和QFns-6B-2僅在1年1種水分環境條件下檢測到，受環境影響較大。