小麦品种‘矮抗58’主要农艺性状相关基因位点解析

徐 鑫，张德华，李小军，李 君，侯千禧，吴俊奎，师玉菲

（1.新乡学院 生命科学与基础医学学院，河南 新乡 453003；2.河南科技学院 生命科技学院，河南 新乡 453003）

骨干亲本在作物育种中发挥了重要作用。据不完全统计，目前我国明确的小麦骨干亲本有19 个，水稻骨干亲本有35 个，玉米骨干亲本有5 个［1-3］。前人围绕骨干亲本的形成、育种利用价值和遗传基础开展了大量研究［4］。例如，郑建敏等［5］利用小麦660KSNP 芯片分析了骨干亲本‘川麦44’在其衍生后代中的遗传贡献，筛选出52 个高遗传率片段。Qin W W 等［6］利用玉米骨干亲本‘黄早四’作为轮回亲本构建近等导入系，定位了粒长主效位点。水稻上，利用骨干亲本‘明恢63’（大粒）为轮回亲本与‘川7’（小粒）连续杂交和回交构建近等基因系，完成了粒重和粒长主效QTL 位点GS3 的图位克隆［7］。

‘矮抗58’是黄淮麦区大面积种植小麦品种，以高产、稳产和抗倒等多种优良特性著称［8］，于2013 年获国家科技进步一等奖。同时，‘矮抗58’也已成为小麦育种的骨干亲本。目前，对于‘矮抗58’主要农艺性状相关基因位点的研究很少。课题组前期利用600 多个SSR 标记分析了亲本对‘矮抗58’及其姊妹系的遗传贡献［9］。本研究进一步利用EST-STS、PLUG、EST-SSR 和SSR 分子标记（共计1 312 个），分析‘矮抗58’与其姊妹系的遗传差异，并通过矮抗58/碧蚂4 号衍生的F2:3群体阐明‘矮抗58’重要遗传位点与主要农艺性状的关系，为揭示小麦骨干亲本形成的分子本质提供有用信息。

1 材料与方法

1.1 试验材料

小麦品种‘矮抗58’，姊妹系‘百农4330’和‘丰收60’及其亲本‘温麦6 号’‘郑州8960’和‘周麦11’（杂交组合为温麦6 号/郑州8960//周麦11）；矮抗58/碧蚂4 号衍生的304 个F2植株及其F3株系。

1.2 分子标记扫描

对‘矮抗58’姊妹系及其亲本每个品种随机选取5 ～8 粒种子，培养成幼苗后，每个单株取等量叶片混合CTAB 法提取DNA。同时，对矮抗58/碧蚂4 号 衍生的304 个F2植株分别提取DNA。利用分布于小麦全基因组的1 312 个分子标记（包括EST-STS、PLUG、EST-SSR 和SSR）对‘矮抗58’、姊妹系及其亲本共6 个材料进行检测。扩增带型以0、1 统计，建立数据库，相同迁移率位置上，有带记为l，无带记为0。所有数据处理均由Excel 软件完成。

1.3 矮抗58 /碧蚂4 号衍生F2:3 群体构建及主要农艺性状调查

以‘矮抗58’和‘碧蚂4 号’为亲本杂交获得F1，F1自交获得304 个F2植株。F2植株收获的种子于2017 年度分别在河南新乡和辉县试验田种植， 每个材料种植2 行，行距30 cm，行长为2 m，每行播种40 粒。成熟时从每个F3株系随机抽取10 个单株进行主要农艺性状调查，性状包括：株高、穗长、可育小穗数、不育小穗数、有效穗数、旗叶长、旗叶宽、穗粒数、千粒重、穗密度。其中穗密度=100×每穗小穗数/穗长。

1.4 QTL 定位

利用‘矮抗58’特异标记对‘碧蚂4 号’和‘矮抗58’进行多态性检测，进一步利用筛选到的多态标记对304 个F2植株进行检测，结合F3株系获得的主要农艺学性状数据利用单标记分析进行QTL 定位。

2 结果与分析

2.1 矮抗58 特异染色体位点筛选

1 312 个分子标记中404（30.8%）个标记在6个材料间表现多态，包括21 对EST-STS，25 对PLUG 引物，32 对EST-SSR 和326 对SSR。对‘矮抗58’与其他2个姊妹系品种‘丰收60’和‘百农4330’进行比较发现，‘矮抗58’在46 个标记具有不同于其他2 个姊妹系的特异等位变异，包括1 个EST-STS、1 个PLUG、5 个EST-SSR和39 个SSR 标记（表1）。

表1 ‘矮抗58’特异位点亲本来源及分布Table 1 Parents origin and distribution of specific loci of‘Aikang 58’

续表:

2.2 矮抗58/碧蚂4 号衍生F2:3 群体的要农艺性状

304 个F3株系主要农艺性状调查结果表明（表2）， 不同株系间性状变异较大，2 个环境下所有性状的斜率绝对值均低于1，并呈正态分布。多数性状的峰度绝对值也小于1，表明群体的形态学数据适合进行QTL 分析。

表2 矮抗58/碧蚂4 号衍生F3 的主要农艺性状Table 2 Statistics of main agronomic traits of F3 derived from Aikang 58/Bima 4

2.3 ‘矮抗58’特异位点与主要农艺性状的QTL 定位

利用46 个‘矮抗58’特异标记对‘碧蚂4号’和‘矮抗58’进行多态性检测，发现9 个标记（BARC17、BARC61、BARC184、CFD61、GWM111、GWM 136、GWM 162、GWM 268 和MAG3616）在二者间表现多态。进一步利用9 个多态引物对304 个F2植株进行检测，结合F3株系获得的主要农艺学性状数据，通过单标记QTL 分析发现有6 个标记与主要农艺性状存在不同程度相关（表3）。其中1D 染色体上的CFD61 标记在2 个环境下均与穗长、可育小穗数和有效穗数相关，而且这个标记还与辉县环境的株高、旗叶长和穗密度有关。7D 染色体的GWM111 在2 个环境下均与株高和穗粒数相关，该位点还在新乡环境下与不育小穗数和千粒重及辉县环境下的旗叶宽相关。

表3 ‘矮抗58’特异位点关联的主要农艺性状(P=0.05)Table 3 Main agronomic traits associated with specific loci of ‘Aikang 58’(P = 0.05)

3 讨论与结论

‘矮抗58’的矮秆抗倒、冬季抗冻、春季耐倒春寒、后期抗干热风等能力均较强，连续6 年成为河南省及黄淮南片麦区推广面积最大的品种［10］。目前，对于‘矮抗58’的研究多集中在栽培和生理特性方面。冯伟等［11］在大田试验条件下，以多穗型品种‘矮抗58’和大穗型品种‘兰考矮早八’为供试材料，研究了宽幅播种种植方式下不同带间距对冬小麦衰老进程及产量的影响。冯素伟等［12］选用‘矮抗58’等5 个半冬性小麦品种，研究了不同年际间不同品种籽粒灌浆后脱水速率，及其与籽粒质量之间的关系。

小麦骨干亲本主要农艺性状相关基因位点解析对于小麦育种亲本选配及新种质创制有重要意义。Wu Q H 等［13］将小麦骨干亲本‘燕大1817’与高产品种‘北农6 号’构建重组自交系，利用SNP、SSR 和EST-SSR 分子标记构建高密度遗传连锁图谱，定位了88 个与籽粒形状和大小相关的QTL。付必胜等［14］对小麦骨干亲本阿夫及其衍生品种（系）进行了赤霉病抗性鉴定，并经过关联分析检测到19个与赤霉病抗性相关的位点。李小军等［9］利用覆盖小麦全基因组的部分SSR 标记，分析了‘矮抗58’姊妹系及其亲本的遗传构成，发现‘矮抗58’有40个不同于其他姊妹系品种的SSR 位点。本研究在李小军等研究结果的基础上，利用更多类型（ESTSTS、PLUG 和EST-SSR），更多数目（1 312 个）标记对‘矮抗58’及其系谱材料进行检测，共发现46 个‘矮抗58’不同于其他姊妹系品种的位点。进一步利用矮抗58/碧蚂4 号衍生的F2:3群体，通过单标记分析发现6 个‘矮抗58’特异标记与主要农艺性状相关。本研究揭示的这些‘矮抗58’特异位点可能对于其成为大面积品种和骨干亲本形成发挥了重要作用，是进一步研究的重点。