小麥品種‘矮抗58’主要農藝性狀相關基因位點解析

徐 鑫，張德華，李小軍，李 君，侯千禧，吳俊奎，師玉菲

（1.新鄉學院 生命科學與基礎醫學學院，河南 新鄉 453003；2.河南科技學院 生命科技學院，河南 新鄉 453003）

骨干親本在作物育種中發揮了重要作用。據不完全統計，目前我國明確的小麥骨干親本有19 個，水稻骨干親本有35 個，玉米骨干親本有5 個［1-3］。前人圍繞骨干親本的形成、育種利用價值和遺傳基礎開展了大量研究［4］。例如，鄭建敏等［5］利用小麥660KSNP 芯片分析了骨干親本‘川麥44’在其衍生后代中的遺傳貢獻，篩選出52 個高遺傳率片段。Qin W W 等［6］利用玉米骨干親本‘黃早四’作為輪回親本構建近等導入系，定位了粒長主效位點。水稻上，利用骨干親本‘明恢63’（大粒）為輪回親本與‘川7’（小粒）連續雜交和回交構建近等基因系，完成了粒重和粒長主效QTL 位點GS3 的圖位克隆［7］。

‘矮抗58’是黃淮麥區大面積種植小麥品種，以高產、穩產和抗倒等多種優良特性著稱［8］，于2013 年獲國家科技進步一等獎。同時，‘矮抗58’也已成為小麥育種的骨干親本。目前，對于‘矮抗58’主要農藝性狀相關基因位點的研究很少。課題組前期利用600 多個SSR 標記分析了親本對‘矮抗58’及其姊妹系的遺傳貢獻［9］。本研究進一步利用EST-STS、PLUG、EST-SSR 和SSR 分子標記（共計1 312 個），分析‘矮抗58’與其姊妹系的遺傳差異，并通過矮抗58/碧螞4 號衍生的F2:3群體闡明‘矮抗58’重要遺傳位點與主要農藝性狀的關系，為揭示小麥骨干親本形成的分子本質提供有用信息。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

小麥品種‘矮抗58’，姊妹系‘百農4330’和‘豐收60’及其親本‘溫麥6 號’‘鄭州8960’和‘周麥11’（雜交組合為溫麥6 號/鄭州8960//周麥11）；矮抗58/碧螞4 號衍生的304 個F2植株及其F3株系。

1.2 分子標記掃描

對‘矮抗58’姊妹系及其親本每個品種隨機選取5 ～8 粒種子，培養成幼苗后，每個單株取等量葉片混合CTAB 法提取DNA。同時，對矮抗58/碧螞4 號 衍生的304 個F2植株分別提取DNA。利用分布于小麥全基因組的1 312 個分子標記（包括EST-STS、PLUG、EST-SSR 和SSR）對‘矮抗58’、姊妹系及其親本共6 個材料進行檢測。擴增帶型以0、1 統計，建立數據庫，相同遷移率位置上，有帶記為l，無帶記為0。所有數據處理均由Excel 軟件完成。

1.3 矮抗58 /碧螞4 號衍生F2:3 群體構建及主要農藝性狀調查

以‘矮抗58’和‘碧螞4 號’為親本雜交獲得F1，F1自交獲得304 個F2植株。F2植株收獲的種子于2017 年度分別在河南新鄉和輝縣試驗田種植， 每個材料種植2 行，行距30 cm，行長為2 m，每行播種40 粒。成熟時從每個F3株系隨機抽取10 個單株進行主要農藝性狀調查，性狀包括：株高、穗長、可育小穗數、不育小穗數、有效穗數、旗葉長、旗葉寬、穗粒數、千粒重、穗密度。其中穗密度=100×每穗小穗數/穗長。

1.4 QTL 定位

利用‘矮抗58’特異標記對‘碧螞4 號’和‘矮抗58’進行多態性檢測，進一步利用篩選到的多態標記對304 個F2植株進行檢測，結合F3株系獲得的主要農藝學性狀數據利用單標記分析進行QTL 定位。

2 結果與分析

2.1 矮抗58 特異染色體位點篩選

1 312 個分子標記中404（30.8%）個標記在6個材料間表現多態，包括21 對EST-STS，25 對PLUG 引物，32 對EST-SSR 和326 對SSR。對‘矮抗58’與其他2個姊妹系品種‘豐收60’和‘百農4330’進行比較發現，‘矮抗58’在46 個標記具有不同于其他2 個姊妹系的特異等位變異，包括1 個EST-STS、1 個PLUG、5 個EST-SSR和39 個SSR 標記（表1）。

表1 ‘矮抗58’特異位點親本來源及分布Table 1 Parents origin and distribution of specific loci of‘Aikang 58’

續表:

2.2 矮抗58/碧螞4 號衍生F2:3 群體的要農藝性狀

304 個F3株系主要農藝性狀調查結果表明（表2）， 不同株系間性狀變異較大，2 個環境下所有性狀的斜率絕對值均低于1，并呈正態分布。多數性狀的峰度絕對值也小于1，表明群體的形態學數據適合進行QTL 分析。

表2 矮抗58/碧螞4 號衍生F3 的主要農藝性狀Table 2 Statistics of main agronomic traits of F3 derived from Aikang 58/Bima 4

2.3 ‘矮抗58’特異位點與主要農藝性狀的QTL 定位

利用46 個‘矮抗58’特異標記對‘碧螞4號’和‘矮抗58’進行多態性檢測，發現9 個標記（BARC17、BARC61、BARC184、CFD61、GWM111、GWM 136、GWM 162、GWM 268 和MAG3616）在二者間表現多態。進一步利用9 個多態引物對304 個F2植株進行檢測，結合F3株系獲得的主要農藝學性狀數據，通過單標記QTL 分析發現有6 個標記與主要農藝性狀存在不同程度相關（表3）。其中1D 染色體上的CFD61 標記在2 個環境下均與穗長、可育小穗數和有效穗數相關，而且這個標記還與輝縣環境的株高、旗葉長和穗密度有關。7D 染色體的GWM111 在2 個環境下均與株高和穗粒數相關，該位點還在新鄉環境下與不育小穗數和千粒重及輝縣環境下的旗葉寬相關。

表3 ‘矮抗58’特異位點關聯的主要農藝性狀(P=0.05)Table 3 Main agronomic traits associated with specific loci of ‘Aikang 58’(P = 0.05)

3 討論與結論

‘矮抗58’的矮稈抗倒、冬季抗凍、春季耐倒春寒、后期抗干熱風等能力均較強，連續6 年成為河南省及黃淮南片麥區推廣面積最大的品種［10］。目前，對于‘矮抗58’的研究多集中在栽培和生理特性方面。馮偉等［11］在大田試驗條件下，以多穗型品種‘矮抗58’和大穗型品種‘蘭考矮早八’為供試材料，研究了寬幅播種種植方式下不同帶間距對冬小麥衰老進程及產量的影響。馮素偉等［12］選用‘矮抗58’等5 個半冬性小麥品種，研究了不同年際間不同品種籽粒灌漿后脫水速率，及其與籽粒質量之間的關系。

小麥骨干親本主要農藝性狀相關基因位點解析對于小麥育種親本選配及新種質創制有重要意義。Wu Q H 等［13］將小麥骨干親本‘燕大1817’與高產品種‘北農6 號’構建重組自交系，利用SNP、SSR 和EST-SSR 分子標記構建高密度遺傳連鎖圖譜，定位了88 個與籽粒形狀和大小相關的QTL。付必勝等［14］對小麥骨干親本阿夫及其衍生品種（系）進行了赤霉病抗性鑒定，并經過關聯分析檢測到19個與赤霉病抗性相關的位點。李小軍等［9］利用覆蓋小麥全基因組的部分SSR 標記，分析了‘矮抗58’姊妹系及其親本的遺傳構成，發現‘矮抗58’有40個不同于其他姊妹系品種的SSR 位點。本研究在李小軍等研究結果的基礎上，利用更多類型（ESTSTS、PLUG 和EST-SSR），更多數目（1 312 個）標記對‘矮抗58’及其系譜材料進行檢測，共發現46 個‘矮抗58’不同于其他姊妹系品種的位點。進一步利用矮抗58/碧螞4 號衍生的F2:3群體，通過單標記分析發現6 個‘矮抗58’特異標記與主要農藝性狀相關。本研究揭示的這些‘矮抗58’特異位點可能對于其成為大面積品種和骨干親本形成發揮了重要作用，是進一步研究的重點。