人工合成小麦紫色胚芽鞘的遗传定位分析

耿小红，武艳芍，余 马

（1.运城农业职业技术学院，山西运城044000；2.西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳621010）

人工合成小麦紫色胚芽鞘的遗传定位分析

耿小红1，武艳芍1，余 马2＊

（1.运城农业职业技术学院，山西运城044000；2.西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳621010）

为探明小麦花青素色素沉积的关键位点，以167份重组自交系群体为材料，利用已构建的高密度遗传图谱对来源于硬粒小麦（AABB）和节节麦亚种tauschii（DD）杂交后所得的人工合成小麦SHW－L1中控制紫色胚芽鞘的基因进行遗传定位。同时利用目标性状关联遗传区段对SHW－L1及其亲本进行基因型鉴定。结果表明：目标性状在重组自交系群体中表现为单基因遗传，且被定位于7D染色体，其关联遗传区段在异源六倍化过程中有遗传位点缺失。

人工合成小麦；遗传定位；胚芽鞘颜色

普通小麦（AABBDD）是由四倍体小麦（AABB）和节节麦（DD）杂交后产生的异源六倍体物种，是世界上最主要的粮食作物，因其在不同环境及作物系统中都能满足人类需求而分布广泛。其分布范围北至俄罗斯和挪威（北纬65o），南抵阿根廷（南纬45o）［12］。在小麦异源六倍化过程中，仅有极少野生祖先种参与小麦进化。小麦野生祖先种具有丰富的遗传多样性，能适应不同的生态环境，地理分布广泛。在这些物种中广泛存在着可供小麦育种利用的关键基因源。因此利用小麦野生祖先种拓宽普通小麦的遗传基础，是小麦育种及生产可持续发展的迫切需要。

小麦花青素的色素沉积产生紫色的胚芽鞘、叶片、茎秆、颖片、果实及花药。植物中不同部位的花青素色素苷与环境适应性显著相关［3］。此外，花青素色素苷还对心血管疾病疗效显著，且表现较好的抗癌和抗炎性［4］。对小麦花青色素苷的遗传研究表明，该性状主要受遗传因子控制。因此，深入研究小麦花青素色素苷的遗传机理对提升小麦环境适应性及保障人类健康意义重大。人工合成六倍体小麦为四倍体小麦（AABB）和节节麦（DD）杂交而得，其具有优异的环境适应性和遗传多样性。笔者以人工合成小麦为亲本构建的重组自交系群体及其亲本为材料，同时利用已构建图谱对该群体紫色胚芽鞘进行质量性状定位，以发掘影响小麦花青素色素沉积的关键位点，为紫色小麦的适应性研究提供基础材料。

1 材料与方法

1.1 供试材料

小麦重组自交系群体（SC群体）167份，亲本为人工合成六倍体小麦SHW－L1和四川审定推广品种川麦32。人工合成小麦SHW－L1（AABBDD，2n＝42）是利用节节麦AS60（Ae.tauschii ssp.tauschii，DD，2n＝14）与我国特有圆锥小麦AS2255 （T.turgidumssp.turgidum，AABB，2n＝28）杂交后，F1（ABD）经秋水仙碱染色体加倍处理所得［5］。该群体及其亲本材料由四川农业大学小麦研究所提供。

1.2 表型鉴定

将167份重组自交系群体、SHW－L1、川麦32、AS2255及AS60各选取10粒种子。每份材料置于10cm直径的培养皿中，培养皿底置蒸馏水润湿滤纸。将带种子的培养皿置于光照培养箱中，4℃暗培养催芽36h，以促使各材料统一发芽。催芽后将光照培养调制15℃，光照设置为每天14h，待胚芽鞘完全抽出时，记录胚芽鞘颜色。与亲本SHW－L1相同颜色的表型记为A，与川麦32相同颜色的表型记为B。

1.3 标记－性状分析

方差分析采用SPSS16.0分析软件。重组自交系群体分析图谱由1 862个标记位点构成，其中SSR位点68个，DArT位点1 794个，图谱全长3 766.9cM，平均标记密度为每个位点2cM［6］。标记－性状连锁分析采用Joinmap（version 4.0，Van Ooijen 2006）和mapmaker／EXP 3.0分析软件。因标记数据量过大，最初采用Joinmap分析软件确定与目标性状关联最紧密的连锁群以完成紫色胚芽鞘的染色体定位，目标性状与标记位点的遗传距离分析采用mapmaker分析软件。

1.4 目标性状关联位点亲本验证

利用1.3中发掘的连锁区段内位点对人工合成小麦SHW－L1及其亲本进行基因型鉴定，以确定该区段在异源六倍化过程的稳定性。DArT及SSR位点基因型鉴定方法参照文献［6］。

2 结果与分析

2.1 小麦胚芽鞘的表型及定位

所有材料均在4℃催芽后整齐出苗，群体亲本人工合成小麦SHW－L1为紫色胚芽鞘，审定品种川麦32为绿色胚芽鞘。SHW－L1的D基因组供体亲本AS60胚芽鞘为紫色，AB基因组供体亲本AS2255为绿色。重组自交系群体中，92个株系胚芽鞘颜色与SHW－L1一致，其余75个株系胚芽鞘颜色与川麦32一致。经卡方检验，胚芽鞘颜色在SC群体中分离比例为1∶1，该目标性状为复合单基因遗传模式。

经目标性状染色体定位分析，胚芽鞘颜色与7D染色体上标记连锁紧密。以重组自交系群体建立的图谱中，7D染色体共包括324个标记位点，全长216cM，标记密度为每个位点0.67cM。目标性状与88.4～107cM区段内标记位点连锁极为紧密，该区段内22个位点与目标性状相对遗传距离均小于10cM（图示）。

2.2 亲本验证目标性状关联位点

目的性状关联区段中包含2个SSR分子标记（cfd14和wmc653），20个DArT位点，其中DArT位点为显性位点，cfd14和wmc653为共显性位点。22个位点中，5个位点（wPt－744366、wPt－744612、wPt－742914、wPt－663809及wPt－744635）不符合孟德尔遗传规律。这5个位点在AS 6 0中均能被检测，但在SHW－L1中表现为缺失。其余位点的亲本验证结果表明皆符合孟德尔遗传规律。

图示 胚芽鞘颜色在7D染色体上的遗传定位Fig. Genetic location of coleoptile color on chromosome 7D

3 结论与讨论

小麦紫色胚芽鞘对小麦环境适应性非常重要。近等基因系材料比较试验结果表明：胚芽鞘及果皮中色素与苗期抗旱性显著相关［7］。此外，小麦胚芽鞘中花青苷积累还与抗冻性显著相关［8］。因此，深入研究小麦紫色胚芽鞘遗传机理意义重大。

控制小麦胚芽鞘颜色的目的基因主要被定为于染色体7A、7B和7D上，这3个基因经精细定位，最终都定位于7号同源群的短臂上，分别命名为Rc－A1、Rc－B1和Rc－D1［9］。本研究中定位的目标性状基因位点极有可能与Rc－D1具有等位性。目前，通过精细定位及近等基因系材料辅助，已获得Rc－D1和与其紧密连锁的Ra－D1（紫色叶耳基因）全长序列［10］。通过比较基因组学发现：位于7号同源群上的色素沉积相关基因与玉米基因C1和水稻基因OsC1高度同源。这2类基因都编码了色素合成的Myb－like转录激发因子［11］。

目前对色素沉积基因在小麦中的转录方式、基因调控机理及表达器官皆有研究，但此类研究皆是利用Rc－A1基因进行。Ahmed等［12］利用中国春7A代换系及对照材料，比较紫色胚芽鞘材料及绿色胚芽鞘材料中的ABP结构基因的表达活性。结果表明，Rc－A1基因可以激活Dfr、Ans和Ufgt3个结构基因的表达。此外，多个与Rc－A1基因相同的显性位点具有影响结构基因表达活性的功能［13］。因此，深入剖析Rc－D1基因的表达活性及遗传调控机理非常重要。

本研究发掘到的Rc－D1等位性标记位点，来源于D基因组供体AS60。AS60所属亚种（Ae.tauschii ssp.Tauschii）被认为未参与小麦遗传进化史，且该亚种具有优异的农艺性状尚未被引入普通小麦种。本研究中目标性状关联区段5个位点在异源六倍化过程出现了非孟德尔模式的遗传缺失现象，因此研究该基因在异源六倍化过程中的序列表达变化对小麦适应性进化史研究意义重大。

［1］Snape J W，Butterworth K，Whitechurch E，et al.Waiting for ne times：genetics of flowering time in wheat［J］.Euphytica，2001，119：185－190.

［2］Dubcovsky J，Dvorak J.Genome plasticity a key factor in the success of polyploidy wheat under domestication［J］.Science，2007，316：1862－1866.

［3］Khlestkina E K.The adaptive role of flavonoids：emphasis on cereals［J］.Cereal Res Commun，2013，41：185－198.

［4］Lila A M.Anthocyanins and human health：an in vitro investigative approach［J］.J Biomed Biotechnol，2004，5：306－313.

［5］Zhang L Q，Liu D C，Yan Z H，et al.Rapid changes of microsatellite flanking sequence in the allopolyploidization of new synthesized hexaploid wheat ［J］.Science in China Ser.C Life Sciences，2004，47：6553－6561.

［6］Yu M，Mao S L，Chen G Y，et al.QTLs for uppermost internode and spike length：whether they affect wheat height at an individual QTL level in two RIL populations［J］.Euphytica，2014，200（1）：95－108.

［7］Tereshchenko O Y，Khlestkina E K，Gordeeva E I，et al.Relationship between anthocyanin biosynthesis and abiotic stress in wheat［C］／／Proceedings of the 15th international EWAC conference，vol 15.European cereals genetics co－operative newsletter.Novi Sad，2012：72－75.

［8］Gordeeva E I，Shoeva O Y，Khlestkina E K.Cold stress response of wheat genotypes having different Rc alleles［J］.Cereal Res Commun，2013，41：519－526.

［9］Khlestkina E K，Pestsova E G，R der M S，et al.Molecular mapping，phenotypic expression and geographical distribution of genes determining anthocyanin pigmentation of coleoptiles in wheat（Triticum aestivumL.）［J］.Theor Appl Genet，2002，104：632－637.

［10］Tereshchenko O Y，Gordeeva E I，Arbuzova V S，et al.The D genome carries a gene determining purple grain colour in wheat［J］.Cereal Res Commun，2012，40：334－341.

［11］Khlestkina E K.Genes determining coloration of different organs in wheat［J］.Russ J Genet Appl Res，2013，3：54－65.

［12］Ahmed N，Maekawa M，Utsugi S，et al.The wheat Rc gene for red coleoptile colour codes for a transcriptional activator of late anthocyanin biosynthesis genes ［J］.J Cereal Sci，2006，44：54－58.

［13］Khlestkina E K，R der M S，Pshenichnikova T A，et al.Functional diversity at the Rc（red coleoptile）gene in bread wheat［J］.Mol Breed，2010，25：125－132.

（责任编辑：刘忠丽）

Genetic Mapping of Purple Coleoptile of Synthetic Hexaploid Wheat

GENG Xiaohong1，WU Yanshao1，YU Ma2＊
（1.Yuncheng Vocational and Technical College of Agriculture，Yuncheng，Shanxi 044000；2.School of Life Science and Engineering，Southwest University of Science and Technology，Mianyang，Sichuan621010，China）

To identify genetic locus associated with anthocyanin biosynthesis in wheat，the genetic mapping of purple coleoptile in synthetic hexaploid wheat of SHW－L1was performed based on 167 recombinant recombinant intercross lines（RILs）and a high density genetic map.The line of SHW－L1was derived from hybridization between T.turgidumssp.turgidum（AABB）and Ae.tauschii ssp.tauschii （DD）.The genotype of SHW－L1and its parent lines were also studied by the use of marker in a vicinity of locus for target trait.Results：The inheritance of purple coleoptile in RILs population followed a monogenic inheritance，and the genetic locus for target trait was located on chromosome 7D.The genetic loci in vicinity showed genetic elimination during allopolyploidy.

synthetic hexaploid wheat；genetic mapping；coleoptile color

S512.1；Q944

A

1001－3601（2016）07－0286－0011－03

2015－12－11；2016－06－09修回

四川省育种攻关项目“柴胡新品种选育及配套技术研究”（2011NZ0098－12－11）；西南科技大学博士基金项目“小麦杂种优势利用研究”（13ZX7155）

耿小红（1965－），女，讲师，硕士，从事小麦遗传育种研究。E－mail：gengxiaohong126＠126.com

＊通讯作者：余 马（1986－），男，讲师，博士，从事作物遗传育种研究。E－mail：yuwen0073＠126.com