宁夏春小麦矮秆基因分子标记检测分析

刘凤楼　贾影影　陈丽萍

摘要[目的]分析寧夏春小麦育种材料常用矮秆基因的分布，为本地小麦改良株高性状提供理论依据。[方法]以宁夏大学小麦遗传育种实验室212个（其中54个材料由中国农业科学院引进）春小麦育种亲本为材料，调查其株高、穗长、穗下茎节等农艺性状，利用分子标记检测分析材料中常用矮秆基因Rht-B1b（Rht1）、Rht-D1b（Rht2）和Rht8的分布。[结果]中国农业科学院引进材料的株高、穗长、穗茎节的平均值（分别为69.2、7.8、28.5 cm）明显低于现有亲本材料（分别为83.6、11.1、32.0 cm）。矮秆基因检测发现166份材料携带Rht-B1b基因，占总检测材料的75.1%；88份材料含有Rht-D1b基因，占39.8%；191份材料含Rht8基因，占总检测材料的86.4%。携带Rht-D1b基因的9个材料同时含有Rht-B1b和Rht8基因。其中，引进材料中Rht8、Rht-B1b、Rht-D1b分别占85.1%、72.0%、33.3%，与整体材料中各矮秆基因分布相似。[结论]目前宁夏春小麦育种材料中普遍含有矮秆基因Rht8，其次是Rht-B1b，但主栽品种和主推品种以及核心育种亲本材料均含有Rht-D1b，即现有亲本材料中含Rht8+Rht-B1b的材料所占比例较Rht8+Rht-D1b多，但新培育的品种以含有Rht8+Rht-D1b为主。这可能是主栽品种宁春4号（Rht8+Rht-D1b）在当地长期种植，并作为育种骨干亲本被长期利用的结果。

关键词春小麦；矮秆基因；Rht-B1b；Rht-D1b；Rht8；分子标记

中图分类号S512.1+2；S338 文献标识码

A文章编号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世纪60年代以来，作物矮化育种已成为近代作物高产育种的重大突破。人们将矮秆基因在作物改良中的应用称为“绿色革命”。自此，人们对矮秆基因的研究和利用从未间断。利用矮秆基因调节株高是世界各国小麦育种的核心目标之一，同时也是培育高产和超高产小麦品种的主要策略之一[1]。适度地降低植株株高常与提高小麦抗倒伏性、提高收获指数和产量潜力相关。矮秆基因Rht-B1b（Rht1）、Rht-D1b（Rht2）和Rht8的利用极大地促进了世界范围内小麦产量的增加。常规育种与分子标记辅助选擇技术的紧密结合已经成为今后小麦育种的发展方向。各国普遍重视简便、实用和可靠的分子标记的开发，验证与利用，分子标记技术的发展为准确快速检测鉴定矮秆基因提供了可能[2]。小麦Rht （Reduced height） 基因是目前生产上利用较多的控制株高的主效基因。Rht-B1b（Rht1）、Rht-D1b（Rht2）和Rht8是我国常用的矮秆基因[3]。了解现有小麦品种和骨干亲本的矮秆基因分布有助于对株高和产量潜力的改良。该研究以宁夏现有春小麦品种（系）及亲本材料为对象，分析材料的相关农艺性状和常用矮秆基因的分布情况，拓宽对现有春小麦品种（系）及亲本材料遗传背景的了解，为宁夏春小麦品种选育中株高性状的选择与利用提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料

212份春小麦品种（系）及亲本材料，其中，54份从中国农业科学院引进的矮秆材料编号为P01～P54；165份本地材料编号为P001～P165，包含宁春4号、宁春40号、宁春44号、宁春45号、宁春50号、宁春53号，宁2038，J058等现有品种或品系以及由西北农林科技大学农学院和宁夏农林科学院生物技术中心馈赠的矮秆材料MagnifM1；54份引进材料中部分晚熟被淘汰，最终保留了47份材料。

1.2农艺性状测量小麦成熟期，每个材料随机选取3个样点收获5～10株，并从中选取3个完整植株，分别测量株高、穗长、穗下茎节长、倒二茎节长、倒三茎节长，统计平均值。

1.3DNA提取

在小麦拔节前取各材料幼叶样品1～2 g，采用SDS法提取样品DNA，用琼脂糖凝胶电泳法测定DNA浓度。

1.4矮秆基因Rht-B1b（Rht1）、Rht-D1b（Rht2）和Rht8分子标记检测

1.4.1PCR扩增引物。矮秆基因Rht8、 Rht-B1b和Rht-D1b标记序列信息见表1。其中Rht-D1a 和Rht-B1a 分别为 Rht-D1b （Rht2）基因和Rht-B1b （Rht1）基因位点的野生型，被检测材料的Rht1和 Rht2基因位点分别应用其对应的突变型和野生型2对特异引物进行相互验证检测。缺失数据采用PCR试剂盒重复试验，并进一步检测扩增结果。

1.4.2PCR扩增体系。PCR反应体系为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补至10 μL。

1.4.3PCR扩增程序。95 ℃5 min；95 ℃30 s，60 ℃/63 ℃/ 68 ℃ 45 s，72 ℃30 s，35个循环；72 ℃5 min，4 ℃保存。

1.4.4PCR结果检测。Rht1及Rht2基因野生型和突变型的PCR产物在1.2%琼脂糖凝胶中以溴酚蓝作为指示剂，用溴化乙锭染色，0.5×TBE缓冲液120 V恒压电泳（DYY-6B型稳压稳流电泳仪）40 min。电泳结果由宁夏大学农学院遗传育种实验室全自动凝胶成像系统观察并保存。Rht8基因的扩增产物采用8%非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳经银染检测后记录目的条带。

2结果与分析

2.1农艺性状调查结果

2.1.1212份材料株高分布。由图1可知，212份材料株高集中在56.48～102.85 cm，其中67.39 cm处有一个峰值，主要是由于北京引进材料株高整体偏低所引起（平均株高为69.24 cm）。另外一个峰值由剩余167个材料株高数据产生，这些材料的株高平均值为83.57 cm。由调查数据得出北京引进材料整体株高低于本地材料，材料中也有极端高和极端矮的类型。

2.2矮秆基因分子标记检测分析

2.2.1矮秆基因Rht1检测分析。

由图6部分材料矮秆基因Rht1检测分析结果可以看出，宁春4号、宁春44号、宁春40号、宁春45号、宁春50号和宁2038无Rht1基因，同时，矮秆材料MagnifM1和P19、P001、P007均不含Rht1基因。检测结果中仅宁春53号，高代材料J058和P12含有Rht1基因突变位点。

3结论与讨论

利用杨松杰等[4]、张晓科等[6]检测的Rht-B1b 和Rht-D1b基因及Rht8基因的标记引物，该试验分析了212份宁夏现有春小麦亲本材料及骨干品种（系）主要矮秆基因的分布情况。Rht-B1b和Rht-D1b基因在全国各个生态区育成品种中的分布频率不同[5]，Rht-B1b高频率分布地域出现在黄淮冬春麦区，而Rht-D1b基因高频率分布地域就出现在北部春麦区。由于不同品种的遗传背景不同，所含矮秆基因的类型和数目不同，很难对Rht-B1b和Rht-D1b基因的效应进行单独分析[7]。Rht8基因在我国广泛分布[8]，这与该试验中

各材料检测的结果一致。农艺性状测定分析结果表明，由中国农业科学院引进的47份材料株高、穗长、穗下茎节长平均

值（分别为69.2、7.8、28.5 cm）明显低于现有亲本材料（分别

为83.6、11.1、32.0 cm），在配制杂交组合时可以考虑利用引

进材料进行矮秆育种。

212份材料矮秆基因检测结果表明，目前宁夏春小麦育种材料中普遍含有矮秆基因Rht8，其次是Rht-B1b（Rht1），但主栽品种和主推品种以及核心育种亲本材料均含有Rht-D1b（Rht2），即现有的育种亲本材料中携带Rht8+Rht-B1b的材料所占比例较Rht8+Rht-D1b多。新培育的品种以含有Rht8+Rht-D1b为主，这可能是主栽品种宁春4号（Rht8+Rht-D1b）在当地长期种植，并作为育种骨干亲本被长期利用的结果。

此外，该研究还检测到了9份同时含有Rht8、Rht-B1b、Rht-D1b 这3个矮秆基因的材料。这与唐娜等[9]对现有品种的分析结果不同。这些包含3个矮秆基因的材料均为外引材料，且都表现出极端矮小、晚熟的特性，一般不会在生产实际中被利用，仅在遗传学分析中才会有少量的应用。

参考文献

[1]

郭保宏，宋春华，贾继增.我国小麦品种的Rht1、Rht2矮秆基因鉴定及分布研究[J].中国农业科学，1997，30（5）：56-60.

[2] 周阳，何中虎，张改生，等.用微卫星标记鉴定中国小麦品种中Rht8矮秆基因的分布[J].作物学报，2003，29（6）：810-814.

[3] 贾继增，丁寿康，李月华，等.中国小麦的主要矮秆基因及矮源的研究[J].中国农业科学，1992，25（1）：1-5

[4] 杨松杰，张晓科，何中虎，等.用STS标记检测矮秆基因Rht-B1b、Rht-D1b在中国小麦中的分布[J].中国农业科学，2006，39（8）：1680-1688.

[5] 穆美财，刘勇，郭小丽，等.山东小麦品种中矮秆基因Rht-B1b、Rht-D1b分布的分子鉴定[J].分子植物育种，2005，3（4）：473-478.

[6] 张晓科，王辉.小麦矮源的研究和利用现状[J].国外农学：麦类作物，1996（4）：10-12.

[7] 程治军，吕知敏.小麦的矮秆基因及其研究方法[J].作物杂志，1995（4）：36-37.

[8] 贾继增.小麦的矮秆基因及矮源[J].作物品种资源，1987（3）：22-24.

[9] 唐娜，李博，閔红，等.分子标记检测矮秆基因Rht-B1b、Rht-D1b和Rht8在我国小麦中的分布[J].中国农业大学学报， 2012，17（4）：21-26.