小麦骨干亲本碧蚂4号及其衍生品种的醇溶蛋白组成分析

徐 鑫(新乡学院，河南 新乡453003)

小麦骨干亲本碧蚂4号及其衍生品种的醇溶蛋白组成分析

徐 鑫
(新乡学院，河南 新乡453003)

为了揭示小麦骨干亲本醇溶蛋白组成的遗传演化规律，利用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(A-PAGE)技术，对骨干亲本碧蚂4号衍生系谱共98个品种(系)的醇溶蛋白组成进行分析。结果表明，碧蚂4号有16条醇溶蛋白谱带，与系谱涉及的中间亲本相比，碧蚂4号的Gli64.5 (β区) 是其特有条带，遗传到衍生后代品种(系)的频率达到11.3%；碧蚂4号在α区的Gli81.7和Gli74.3、β区的Gli66.9和Gli62.2、γ区的Gli56.7和Gli47.7以及ω区的Gli18.9和Gli16.7共8条带均在系谱4个世代呈现高频率遗传趋势，频率为59.0%～100.0%，进一步分析发现，碧蚂4号衍生品种(系)系谱中涉及的多数中间亲本与碧蚂4号具有相同迁移率的谱带，表明育种过程中这些谱带被不断地补充进来；γ区的Gli52.3和ω区的Gli33.0、Gli30.0、Gli28.1、Gli20.9均只在碧蚂4号衍生的个别世代品种(系)中占主导地位，这可能与不同时期育种目标的变化有关。以上分析说明，育种选择对醇溶蛋白演变起到非常重要的作用。

小麦； 骨干亲本； 醇溶蛋白； 碧蚂4号； 系谱

在我国小麦育种工作中，骨干亲本在丰富种质资源、加速新品种的培育等方面做出了重要贡献。据统计，建国后50多年我国育成的小麦品种多达2 000个以上，通过系谱分析发现，近1/2品种的血缘源于16个骨干亲本[1]。目前，对于小麦骨干亲本的遗传研究备受关注。张学勇等[2]研究表明，我国黄淮冬麦区、西南冬麦区和西北春麦区的许多共同骨干亲本携带Rht8及其诊断标记。亓佳佳等[3]利用63对分布于小麦21条染色体的SSR引物对小偃6号及其子1～6代的80个衍生品种(系)进行分析，共检测到175个SSR等位变异，UPGMA聚类结果与系谱较吻合，小偃6号对其衍生子1～4代的平均遗传贡献率为50.32%、47.54%、46.35%、44.83%，对衍生品种(系)的D基因组遗传贡献最大。肖永贵等[4]利用90K SNP芯片分析了小麦骨干亲本京411及其14个衍生品种(系)的遗传结构和遗传区段传递，发现京411与其衍生1代和2代相同的等位变异频率分别为63.9%和67.9%，显著高于理论值，同时以已有定位信息的SNP标记与根系性状进行逐步回归分析，发掘出35个根系性状相关位点，衍生品种中中麦175携带较多的京411优异根系基因。但目前，基于醇溶蛋白水平上骨干亲本及其衍生品种的遗传分析研究较少。

碧蚂4号是我国于1947年育成的优良小麦品种，具有抗倒伏、抗病和丰产等优点，是20世纪50年代我国黄淮冬麦区的主栽品种之一，年最大种植面积曾高达110万hm2。同时，碧蚂4号也是我国育种上曾经广泛采用的小麦骨干亲本之一，以其为直接或间接亲本培育的品种至少有80个[1]。

小麦醇溶蛋白的组成十分复杂，主要的编码位点有6个，总体表现出广泛的等位基因变异性，且几乎不受环境的影响，具有遗传稳定性。在酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳条件下，按迁移率从大到小依次为α、β、γ、ω 4区，分子质量为30～75 ku[5]。醇溶蛋白基因的等位变异可作为遗传标记，广泛用于品种亲缘关系和分类研究[6]。本研究采用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳技术，分析了醇溶蛋白组分在碧蚂4号衍生品种(系)中的遗传规律，旨在揭示骨干亲本的醇溶蛋白组成在衍生品种(系)中的遗传演化规律，为小麦育种提供理论和实践参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

以碧蚂4号及其衍生系谱涉及的98个品种(系)[包括1～5代衍生品种(系)，分别为13、39、12、15、1个，及17个中间亲本品种]为材料(表1)。对照品种为加拿大春小麦品种Marquis。试验材料由中国农业科学院作物科学研究所种质资源研究中心小麦室提供。

表1 供试碧蚂4号系谱品种(系)

注：1为原始亲本，2—18为中间亲本，19—31、32—70、71—83、83—97分别为1、2、3、4代衍生品种(系)，98为5代衍生品种(系)。

1.2 试验方法

每个品种(系)取3粒种子，参考张学勇等[7]的方法进行醇溶蛋白提取和电泳。

1.3 数据处理

谱带命名采用Zillman等[8]的相对迁移率命名系统。采用中国农业科学院作物科学研究所计算机室编写的GEL 2.0软件，将醇溶蛋白图谱转化为0、1数据矩阵(有带记为1，无带记为0)。参照Woychik等[9]的方法把电泳谱带分为4个区(α、β、γ、ω)。对醇溶蛋白谱带0、1矩阵采用NTSYS软件进行聚类分析[10]。

2 结果与分析

2.1 供试小麦品种(系)醇溶蛋白谱带的分布特征

统计所有供试品种的醇溶蛋白谱带共计48条。其中Gli47.7(γ区)是共有谱带，其他谱带的频率变异在1.0%～89.8%，平均频率为31.9%。不同品种(系)间出现的醇溶谱带数为10～19条，每个品种(系)平均出现了15.3条带。醇溶蛋白谱带在4个分区的分布存在差异，其中α区的醇溶蛋白谱带数仅有5条，数量最少；而ω区出现谱带数最多，达到22条；β区和γ区分别出现10条和11条谱带，图1为部分供试小麦品种(系)醇溶蛋白电泳图。

从左到右依次为Marquis、北京8号、郑州15、郑州24、济南2号、济南4号、昌乐5号、济南5号、石家庄54、青春2号、陕农17、54405、济南8号、德选1号、济南10号、西峰9号、卫东7号、冀麦23和昌潍18图1 部分供试品种(系)的醇溶蛋白A-PAGE电泳图谱

2.2 碧蚂4号醇溶蛋白谱带在衍生品种(系)中的遗传分析

遗传分析表明，骨干亲本碧蚂4号共出现16条醇溶蛋白谱带，在系谱衍生品种(系)中的平均遗传频率高达61.7%。ω区出现8条谱带，在4个分区中数量最多，α、β、γ区分别有2、3、3条。对4个世代品种(系)的醇溶蛋白组分进行分析，发现不同世代间对碧蚂4号醇溶蛋白谱带的选择表现均不相同。与其他中间亲本对比， Gli64.5(β区)为碧蚂4号特有条带，在衍生后代品种(系)中的遗传频率为11.3%(表2)。

在ω区的8条谱带中，Gli18.9和Gli16.7在4个世代的遗传频率都非常高，频率变异范围为59.0%～91.7%，而且它们总是同时出现。进一步系谱分析发现，4个世代所涉及的12个(占亲本的75.0%)中间亲本均具有这2条谱带，表明育种过程中它们被不断地补充进来；相反，ω区的谱带Gli27.0和Gli22.7在不同世代的遗传频率均较低；而该区其余4条谱带在不同世代的选择存在较大差异，例如，谱带Gli33.0和Gli20.9在碧蚂4号衍生子1代和子2代品种遗传频率均高于62.0%，而在3代和4代品种(系)中的遗传频率均不超过40.0%；相反，谱带Gli28.1在前2代的遗传频率较低，而在3代和4代的频率显著提高。同样，γ区的Gli56.7、β区的Gli62.2和Gli66.9、α区的Gli74.3和Gli81.7谱带在碧蚂4号的4个世代品种(系)中均表现优势遗传。总的来看，碧蚂4号谱带在世代品种(系)中的遗传频率与系谱涉及的中间亲本密切相关。

表2 碧蚂4号醇溶蛋白谱带在中间亲本及不同世代衍生品种(系)中的分布频率 %

2.3 基于醇溶蛋白多态性的碧蚂4号系谱品种(系)聚类分析

整体来看，所有品种(系)基于醇溶蛋白谱带的UPGMA聚类分析结果与系谱关系较为一致(图2)。碧蚂4号系谱品种(系)被划分为两大类群。第Ⅰ类包括31个品种(系)，主要是以骨干亲本北京8号为亲本选育的衍生品种(系)；第Ⅱ类主要包括碧蚂4号的其他衍生品种(系)及系谱涉及的中间亲本，其中洛夫林10号、洛夫林13和苏联早熟1号等洛夫林类品种及其衍生后代聚在一起。

图中的材料编号同表1图2 供试品种(系)基于醇溶蛋白多态性的UPGMA聚类分析

3 结论与讨论

在育种过程中，中抗病和高产等重要性状一直备受育种家关注，决定这些性状的优良基因、等位变异相应被优先保留下来。Li等[11]利用连锁分析定位了小麦骨干亲本周8425B的抗条锈病基因YrZH84，并得到与其紧密连锁的2个SSR标记和1个RGAP标记。进一步分析发现，YrZH84能稳定地传递到衍生品种中[12]。赵春华等[13]利用221个PCR标记和89个DArT标记分析小麦骨干亲本科农9204在衍生品种中的遗传，发现科农9204的高频率传递基因组区段与千粒质量、穗粒数和株高等性状密切相关。郎明林等[14]用A-PAGE技术分析我国北方冬麦区建国后不同时期的51个主栽品种和21个骨干亲本的醇溶蛋白组成，发现对产量性状有利的谱带在品种演变中不断增加，而对加工品质有利的谱带在不断减少，说明表型选择对醇溶蛋白组成有重要作用。

本研究发现，在碧蚂4号的醇溶蛋白组分中，α区的Gli81.7和Gli74.3、β区的Gli66.9和Gli62.2、γ区的Gli56.7和Gli47.7以及ω区的Gli18.9和Gli16.7在其衍生4个世代品种(系)中均表现高频率遗传，它们是否与产量或抗性等重要性状基因相关有必要进一步研究。同时，本研究也发现一些碧蚂4号谱带在不同世代间遗传频率存在很大差异，这可能与世代间育种目标的变化有关。

本研究还发现，亲本中均没有的醇溶蛋白谱带却出现在一些衍生品种(系)中(例如Gli27.0)。Bernardo等[15]和Sjakste等[16]分别在研究玉米和大麦品种遗传多样性时也发现了同样的现象。这可能主要由2个原因导致了非亲本带的产生，首先是亲本品种的不同基因型在子代中没有完全纯合，分子检测所使用的材料和原始杂交组合使用的亲本植株的基因型存在差异；其次是种子长期种植过程中可能存在突变、异花授粉及机械混杂[17-18]。

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Analysis of Gliadin Composition of Founder Parent Bima No.4 and Its Derivative Cultivars

XU Xin
(Xinxiang University,Xinxiang 453003,China)

In order to investigate the evolution rules of gliadin inheritance in pedigree of founder parent of wheat，the gliadin composition of founder parent Bima No.4，its 80 derivative cultivars and 17 intermediate parents included in the pedigree were analyzed by using acid polyacrylamide gel electrophoresis (A-PAGE).The results showed that there were 16 bands in Bima No.4，and Gli64.5 in β zone was the different band compared with all other parental cultivars，which could inherited to 11.3% progenies.Inheritance frequencies of eight bands，which were Gli81.7 and Gli74.3 in α zone，Gli66.9 and Gli62.2 in β zone，Gli56.7 and Gli47.7 in γ zone，Gli18.9 and Gli16.7 in ω zone，in Bima No.4 keeped high in four generations，varied from 59.0% to 100.0%.Most of the other parental cultivars in the four generations had the same bands with Bima No.4，indicating that these bands were supplemented continuous in the course of breeding. The Gli20.9，Gli28.1，Gli30.0 and Gli33.0 in ω zone as well as Gli52.3 in γ zone were high in individual generations，and this might be correlated with breeding aims at different period. This indicated the selection of breeding had very important effect on evolution of gliadin.

wheat; founder parent; gliadin; Bima No.4; pedigree

2015-12-20

国家自然科学基金项目(31571752)；国家重点基础研究发展计划(“973”计划)项目(2011CB100100)；新乡学院科技创新基金项目(15ZB22)

徐 鑫(1979-)，女，河南新乡人，讲师，博士，主要从事小麦遗传育种研究。E-mail：xxu808@163.com

S512.1

A

1004-3268(2016)06-0015-05