寧夏春小麥矮稈基因分子標記檢測分析

劉鳳樓　賈影影　陳麗萍

摘要[目的]分析寧夏春小麥育種材料常用矮稈基因的分布，為本地小麥改良株高性狀提供理論依據。[方法]以寧夏大學小麥遺傳育種實驗室212個（其中54個材料由中國農業科學院引進）春小麥育種親本為材料，調查其株高、穗長、穗下莖節等農藝性狀，利用分子標記檢測分析材料中常用矮稈基因Rht-B1b（Rht1）、Rht-D1b（Rht2）和Rht8的分布。[結果]中國農業科學院引進材料的株高、穗長、穗莖節的平均值（分別為69.2、7.8、28.5 cm）明顯低于現有親本材料（分別為83.6、11.1、32.0 cm）。矮稈基因檢測發現166份材料攜帶Rht-B1b基因，占總檢測材料的75.1%；88份材料含有Rht-D1b基因，占39.8%；191份材料含Rht8基因，占總檢測材料的86.4%。攜帶Rht-D1b基因的9個材料同時含有Rht-B1b和Rht8基因。其中，引進材料中Rht8、Rht-B1b、Rht-D1b分別占85.1%、72.0%、33.3%，與整體材料中各矮稈基因分布相似。[結論]目前寧夏春小麥育種材料中普遍含有矮稈基因Rht8，其次是Rht-B1b，但主栽品種和主推品種以及核心育種親本材料均含有Rht-D1b，即現有親本材料中含Rht8+Rht-B1b的材料所占比例較Rht8+Rht-D1b多，但新培育的品種以含有Rht8+Rht-D1b為主。這可能是主栽品種寧春4號（Rht8+Rht-D1b）在當地長期種植，并作為育種骨干親本被長期利用的結果。

關鍵詞春小麥；矮稈基因；Rht-B1b；Rht-D1b；Rht8；分子標記

中圖分類號S512.1+2；S338 文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）36-0127-04

Abstract[Objective]To study the distribution of common dwarfing genes in spring wheat breeding materials in Ningxia for providing theoretical basis to improve the plant height traits of local wheat.[Method]For improving the plant height，specific molecular markers were used to detect the distribution of dwarfing genes Rht-B1b， Rht-D1b and Rht8 in Ningxia spring wheat.Agronomic traits such as plant height， spike length， peduncle length， length of the second and third internode from top were investigated in 212 spring wheat genotypes（among them，54 spring wheat genotypes were introduced from Chinese Academy of Agricultural Sciences）.[Result]The average value of plant height，spike length and peduncle length of local materials （83.6，11.1，32.0 cm） were significantly higher than the introduced genotypes （69.2，7.8，28.5 cm）.Dwarfing genes analysis revealed that 166 （75.1%） genotypes with Rht-B1b，88 （39.8%） genotypes with Rht-D1b，191（86.4%） genotypes with Rht8. Besides，there are 9 introduced genotypes containing all three genes，and the distribution of the three genes in the introduced materials were similar with the local materials that each gene Rht8，Rht-B1b，Rht-D1b accounted for 85.1%，72.0%，33.3% of the total amount respectively.[Conclusion]The Rht8 gene extensively distributed in Ningxia spring wheat then Rht-B1b.Although，the local varieties and breeding cultivars were all bringing with Rht-D1b but Rht8+Rht-B1b genotypes were much more than Rht8+Rht-D1b.The reason for new released varieties mainly containing Rht8+Rht-D1b is possibly because of the local cultivar Ningchun 4（Rht8+Rht-D1b）cultivated for long time and as a primary breeding material adopted in local area.

Key wordsSpring wheat；Dwarfing gene；Rht-B1b；Rht-D1b；Rht8；Molecular marker

20世紀60年代以來，作物矮化育種已成為近代作物高產育種的重大突破。人們將矮稈基因在作物改良中的應用稱為“綠色革命”。自此，人們對矮稈基因的研究和利用從未間斷。利用矮稈基因調節株高是世界各國小麥育種的核心目標之一，同時也是培育高產和超高產小麥品種的主要策略之一[1]。適度地降低植株株高常與提高小麥抗倒伏性、提高收獲指數和產量潛力相關。矮稈基因Rht-B1b（Rht1）、Rht-D1b（Rht2）和Rht8的利用極大地促進了世界范圍內小麥產量的增加。常規育種與分子標記輔助選擇技術的緊密結合已經成為今后小麥育種的發展方向。各國普遍重視簡便、實用和可靠的分子標記的開發，驗證與利用，分子標記技術的發展為準確快速檢測鑒定矮稈基因提供了可能[2]。小麥Rht （Reduced height） 基因是目前生產上利用較多的控制株高的主效基因。Rht-B1b（Rht1）、Rht-D1b（Rht2）和Rht8是我國常用的矮稈基因[3]。了解現有小麥品種和骨干親本的矮稈基因分布有助于對株高和產量潛力的改良。該研究以寧夏現有春小麥品種（系）及親本材料為對象，分析材料的相關農藝性狀和常用矮稈基因的分布情況，拓寬對現有春小麥品種（系）及親本材料遺傳背景的了解，為寧夏春小麥品種選育中株高性狀的選擇與利用提供理論依據。

1材料與方法

1.1材料

212份春小麥品種（系）及親本材料，其中，54份從中國農業科學院引進的矮稈材料編號為P01～P54；165份本地材料編號為P001～P165，包含寧春4號、寧春40號、寧春44號、寧春45號、寧春50號、寧春53號，寧2038，J058等現有品種或品系以及由西北農林科技大學農學院和寧夏農林科學院生物技術中心饋贈的矮稈材料MagnifM1；54份引進材料中部分晚熟被淘汰，最終保留了47份材料。

1.2農藝性狀測量小麥成熟期，每個材料隨機選取3個樣點收獲5～10株，并從中選取3個完整植株，分別測量株高、穗長、穗下莖節長、倒二莖節長、倒三莖節長，統計平均值。

1.3DNA提取

在小麥拔節前取各材料幼葉樣品1～2 g，采用SDS法提取樣品DNA，用瓊脂糖凝膠電泳法測定DNA濃度。

1.4矮稈基因Rht-B1b（Rht1）、Rht-D1b（Rht2）和Rht8分子標記檢測

1.4.1PCR擴增引物。矮稈基因Rht8、 Rht-B1b和Rht-D1b標記序列信息見表1。其中Rht-D1a 和Rht-B1a 分別為 Rht-D1b （Rht2）基因和Rht-B1b （Rht1）基因位點的野生型，被檢測材料的Rht1和 Rht2基因位點分別應用其對應的突變型和野生型2對特異引物進行相互驗證檢測。缺失數據采用PCR試劑盒重復試驗，并進一步檢測擴增結果。

1.4.2PCR擴增體系。PCR反應體系為10 μL：10×Taq DNA 聚合酶Buffer 1.0 μL，1 mmoL/L dNTP 1.0 μL，25 ng/μL DNA模板2.0 μL，1 μmoL/L Forward Primer 1.5 μL，1 μmoL/L Reverse Primer 1.5 μL，25 mmol/L Mg2+ 0.6 μL，5 U/μL Taq 聚合酶0.1 μL，ddH2O補至10 μL。

1.4.3PCR擴增程序。95 ℃5 min；95 ℃30 s，60 ℃/63 ℃/ 68 ℃ 45 s，72 ℃30 s，35個循環；72 ℃5 min，4 ℃保存。

1.4.4PCR結果檢測。Rht1及Rht2基因野生型和突變型的PCR產物在1.2%瓊脂糖凝膠中以溴酚藍作為指示劑，用溴化乙錠染色，0.5×TBE緩沖液120 V恒壓電泳（DYY-6B型穩壓穩流電泳儀）40 min。電泳結果由寧夏大學農學院遺傳育種實驗室全自動凝膠成像系統觀察并保存。Rht8基因的擴增產物采用8%非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳經銀染檢測后記錄目的條帶。

2結果與分析

2.1農藝性狀調查結果

2.1.1212份材料株高分布。由圖1可知，212份材料株高集中在56.48～102.85 cm，其中67.39 cm處有一個峰值，主要是由于北京引進材料株高整體偏低所引起（平均株高為69.24 cm）。另外一個峰值由剩余167個材料株高數據產生，這些材料的株高平均值為83.57 cm。由調查數據得出北京引進材料整體株高低于本地材料，材料中也有極端高和極端矮的類型。

2.2矮稈基因分子標記檢測分析

2.2.1矮稈基因Rht1檢測分析。

由圖6部分材料矮稈基因Rht1檢測分析結果可以看出，寧春4號、寧春44號、寧春40號、寧春45號、寧春50號和寧2038無Rht1基因，同時，矮稈材料MagnifM1和P19、P001、P007均不含Rht1基因。檢測結果中僅寧春53號，高代材料J058和P12含有Rht1基因突變位點。

3結論與討論

利用楊松杰等[4]、張曉科等[6]檢測的Rht-B1b 和Rht-D1b基因及Rht8基因的標記引物，該試驗分析了212份寧夏現有春小麥親本材料及骨干品種（系）主要矮稈基因的分布情況。Rht-B1b和Rht-D1b基因在全國各個生態區育成品種中的分布頻率不同[5]，Rht-B1b高頻率分布地域出現在黃淮冬春麥區，而Rht-D1b基因高頻率分布地域就出現在北部春麥區。由于不同品種的遺傳背景不同，所含矮稈基因的類型和數目不同，很難對Rht-B1b和Rht-D1b基因的效應進行單獨分析[7]。Rht8基因在我國廣泛分布[8]，這與該試驗中

各材料檢測的結果一致。農藝性狀測定分析結果表明，由中國農業科學院引進的47份材料株高、穗長、穗下莖節長平均

值（分別為69.2、7.8、28.5 cm）明顯低于現有親本材料（分別

為83.6、11.1、32.0 cm），在配制雜交組合時可以考慮利用引

進材料進行矮稈育種。

212份材料矮稈基因檢測結果表明，目前寧夏春小麥育種材料中普遍含有矮稈基因Rht8，其次是Rht-B1b（Rht1），但主栽品種和主推品種以及核心育種親本材料均含有Rht-D1b（Rht2），即現有的育種親本材料中攜帶Rht8+Rht-B1b的材料所占比例較Rht8+Rht-D1b多。新培育的品種以含有Rht8+Rht-D1b為主，這可能是主栽品種寧春4號（Rht8+Rht-D1b）在當地長期種植，并作為育種骨干親本被長期利用的結果。

此外，該研究還檢測到了9份同時含有Rht8、Rht-B1b、Rht-D1b 這3個矮稈基因的材料。這與唐娜等[9]對現有品種的分析結果不同。這些包含3個矮稈基因的材料均為外引材料，且都表現出極端矮小、晚熟的特性，一般不會在生產實際中被利用，僅在遺傳學分析中才會有少量的應用。

參考文獻

[1]

郭保宏，宋春華，賈繼增.我國小麥品種的Rht1、Rht2矮稈基因鑒定及分布研究[J].中國農業科學，1997，30（5）：56-60.

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[3] 賈繼增，丁壽康，李月華，等.中國小麥的主要矮稈基因及矮源的研究[J].中國農業科學，1992，25（1）：1-5

[4] 楊松杰，張曉科，何中虎，等.用STS標記檢測矮稈基因Rht-B1b、Rht-D1b在中國小麥中的分布[J].中國農業科學，2006，39（8）：1680-1688.

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[7] 程治軍，呂知敏.小麥的矮稈基因及其研究方法[J].作物雜志，1995（4）：36-37.

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[9] 唐娜，李博，閔紅，等.分子標記檢測矮稈基因Rht-B1b、Rht-D1b和Rht8在我國小麥中的分布[J].中國農業大學學報， 2012，17（4）：21-26.