小麦旗叶与幼苗性状的QTL分析

李兴茂，王淑英， 倪胜利

(甘肃省农业科学院旱地农业研究所，甘肃兰州 730070)

相对于苗期活力低的品种，苗期活力高的品种其籽粒产量平均提高12%，有明显的节水增产效果[1-2]。高幼苗活力与高生物量的积累相关，在高温、高CO2浓度等胁迫条件下，籽粒产量也显著提高[3-4]。干旱环境下根系活力大的品种，在水分胁迫条件下产量的损失最小[5]。苗期活力与萌发期胚芽鞘长度、根系活力及茎叶活力密切相关。胚芽鞘长的品种有利于雨养环境下小麦深层水份的利用，具有耐深播的优点[6]。较高的根系活力，可增强对营养的吸收和生物量的积累，对提高小麦苗期抵抗水分胁迫[7]和后期抵抗干旱胁迫均有重要的影响。

前人在1A、6A、6D和7D染色体上定位到控制胚根长度的QTL，在2D和6D染色体上定位到控制根茎比率的QTL[8-10]；在1A、2A、2B、4B、5A、5D、6A 和7B染色体上定位到控制根长的QTL，在5D染色体上定位到控制根、茎干重的QTL，在1D染色体上定位到控制茎秆长度的QTL[9，11-12]，然而，很多QTL存在显著的上位性效应[10,13]。Manschadi等[14]研究发现，幼苗期根生长角度较窄的品种，其成株期同样具有较窄的根生长角度。Spielmeyer等[15]研究发现，在6A染色体上控制幼苗叶片宽度主效QTL紧密连锁的分子标记NW3106，也与胚芽鞘长度和株高QTL紧密连锁。Bennett等[16]研究发现，在3B染色体上控制苗期活力的QTL，也与籽粒产量、叶宽和冠层温度等性状有关。

小麦苗期性状相关的QTL定位报道较多，但苗期性状及旗叶性状的关系还不清楚。本研究利用京冬8号/矮抗58的207个RIL群体为材料，针对冬小麦幼苗期性状和开花期旗叶性状进行QTL研究，探讨小麦苗期性状与后期旗叶性状的关系，以期发掘出稳定调控小麦幼苗性状相关的QTL，为今后分子标记辅助选择育种提供 依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验材料为京冬8号/矮抗58的207个RIL群体及其亲本。其中，京冬8号携带矮秆基因Rht8，矮抗58携带矮秆基因Rht8和Rht2[17]。

1.2 试验设计

室内试验于2016年10月在实验室进行，将发芽纸在121℃下灭菌30 min，每个材料选取无损伤且大小均匀的种子200粒，用1.0%次氯酸钠消毒4 min，冲洗干净后，置于恒温光照培养箱(25 ℃)培养，重复3次，待发芽7 d后，测定发芽数、苗长、根长、苗鲜重、根鲜重、苗干重、根干重等指标。鲜重根冠比=根鲜重/苗鲜重；干重根冠比=根干重/苗干重。

田间试验于2015年在甘肃省庆阳市镇原试验站进行，种植RIL群体及其亲本，行长2 m，重复2次。于2016年5月14日小麦扬花期，测定旗叶长度和宽度，计算旗叶面积和旗叶长宽比。参照Li等[18]和李兴茂等[19]的方法测定产量、植被指数、植被覆盖度、叶片衰老速率、千粒重等 性状。

1.3 数据分析

用Excel进行数据整理，每个性状3次重复的平均值为表型值。从1 208对引物中进行双亲多态性筛选，筛选出391对差异引物。依据GrainGenes 2.0图谱提供的标记位置，利用Try命令进行调整、构建包含149对引物的遗传图谱。利用IciMapping 4.1软件中的双亲群体QTL定位功能，基于逐步回归的完备复合区间作图法，以 LOD>2.5作为阈值进行基因定位分析，分析方法参见文献[18-19]。

2 结果与分析

2.1 RILs群体及亲本的苗期与旗叶性状

从表1可以看出，幼苗期性状中，苗长、苗干重、根干重、鲜重根冠比和干重根冠比在亲本间差异较大，除鲜重根冠比和干重根冠比外，京冬8号的其他6个性状均小于矮抗58。旗叶性状中，京冬8号的旗叶长、宽、面积、长宽比4个性状的表型值均高于矮抗58。群体中苗长、根长、苗鲜重、根鲜重和苗干重的平均值都大于双亲，而旗叶长、宽和面积的群体平均值介于双亲之间。群体内所有研究性状均表现出超亲分离现象。表明这些性状是由多基因控制的数量性状，适合进行QTL定位。所有性状在群体内基因型间存在显著 差异。

表1 RIL群体及其亲本的苗期和旗叶性状Table 1 Phenotypic performance for the investigated traits of the RILs and their parents

2.2 旗叶相关性状的QTL定位结果

从表2可以看出，共检测到10个控制旗叶性状的QTL，其中4个QTL与旗叶面积有关，分布在1A和5D染色体上，表型贡献率为1.98%～7.69%；1个QTL与旗叶长有关，分布在1A染色体上，表型贡献率为9.24%；1个QTL与旗叶宽有关，分布在5D染色体上，表型贡献率为 6.54%；共检测到4个控制旗叶长宽比的QTL，均位于D染色体组上，分别分布在2D、3D、4D和5D染色体上，表型贡献率为2.73%～9.89%，其中，2D和5D染色体上的QTL加性效应来自矮抗58，3D和4D染色体上的QTL来自京冬8号。其中，1A染色体上与旗叶面积QTL紧密连锁的分子标记wmc550也与旗叶长QTL紧密连锁，遗传距离均为0.1 cM，加性效应均来自亲本矮抗58；5D染色体上与旗叶面积QTL紧密连锁的分子标记gwm182也与旗叶宽QTL连锁，但遗传距离不同，分别为0.4和2.4 cM，其加性效应均来自亲本京冬8号。有6个QTL的表型贡献率大于5%，为主效QTL，分别为1A染色体上控制旗叶面积和旗叶长的QTL、4D染色体上控制旗叶长宽比的QTL、5D染色体上控制旗叶面积、旗叶宽和旗叶长宽比的QTL。除5D染色体上控制旗叶面积和旗叶宽的QTL表现为部分显性效应外，与其他性状相关的QTL均表现为超显性效应。

表2 旗叶相关性状的QTLTable 2 QTLs for flag leaf traits

2.3 幼苗期相关性状的QTL定位结果

从表3可以看出，共检测到22个控制幼苗性状的QTL，其中7个QTL与根长有关，分布在1A、2D、3D、4D(2)、5A和7A染色体上，表型贡献率为2.53%～4.84%；1个QTL与幼苗根鲜重有关，分布在2D染色体上，表型贡献率为 1.31%；2个QTL与幼苗根干重有关，分布在4D和7A染色体上，表型贡献率分别为1.14%和 4.38%；3个QTL与幼苗苗长有关，分布在1A、4A和4D染色体上，表型贡献率为3.10%～ 10.52%；2个QTL与幼苗鲜重有关，分布在2D和5A染色体上，表型贡献率分别为4.91%和 1.23%；3个QTL与幼苗干重有关，分布在1A、2D和7A染色体上，表型贡献率为2.32%～ 3.32%；2个QTL与鲜重根冠比有关，分布在4D和7A染色体上，表型贡献率分别为1.88%和 1.90%；2个QTL与干重根冠比有关，分布在2D和7A染色体上，表型贡献率分别为2.78%和 2.74%。1A染色体上与根长QTL紧密连锁的分子标记wmc84也与苗长和苗干重QTL紧密连锁，但遗传距离不同，分别为4.9、3.0和4.0 cM，除根长QTL加性效应来自亲本京冬8号外，其他两个QTL均来自矮抗58。2D染色体上与根长QTL紧密连锁的分子标记wmc170也与根鲜重、苗鲜重、苗干重和干重根冠比QTL紧密连锁，遗传距离分别为5.8、0.9、6.0、0.9和3.0 cM，除干重根冠比QTL的加性效应来自亲本矮抗58外，其他性状均来自亲本京冬8号。4D染色体上与根长QTL紧密连锁的分子标记barc308与鲜重根冠比QTL紧密连锁，遗传距离分别为11.0和0.2 cM；与根干重QTL紧密连锁的分子标记barc98与苗长QTL紧密连锁。5A染色体上与根长QTL紧密连锁的分子标记gwm156也与苗鲜重QTL紧密连锁，遗传距离分别为3.0和5.0 cM。7A染色体上与根长QTL紧密连锁的分子标记barc1136也与根干重、苗干重、鲜重根冠比和干重根冠比QTL紧密连锁，遗传距离分别为6.0、2.0、7.0、2.0和1.0 cM。Rht2矮秆基因位于4D染色体上，但与4D染色体上控制根长、根干重、苗长和鲜重根冠比的QTL距离均较远。除1A和4D染色体上控制苗长的QTL表型贡献率大于5%外，其他与幼苗期相关性状的QTL表型贡献率均较低，且除3D染色体上控制根长的QTL表现为部分显性效应外，其他QTL均表现为超显性效应。

表3 幼苗期相关性状的QTLTable 3 QTLs for seedling traits

3 讨 论

本研究发现，2D染色体上与旗叶宽QTL紧密连锁的分子标记wmc170与幼苗根长、根鲜重、苗鲜重、苗干重和干重根冠比QTL紧密连锁；4D染色体上与旗叶长宽比QTL紧密连锁的分子标记barc308与幼苗根长、鲜重根冠比QTL紧密连锁，其他旗叶性状QTL紧密连锁的分子标记没有发现与幼苗期性状QTL紧密连锁的现象。袁倩倩等[9]在1A染色体侧翼标记wmc550附近检测到控制根长的QTL，而本研究在1A染色体侧翼标记wmc550附近检测到控制旗叶面积和旗叶长的QTL。Li等[20]在1A染色体侧翼标记wmc84附近检测到控制抽穗期、植被归一化指数和植株衰老速率的QTL，而本研究在1A染色体侧翼标记wmc84附近检测到控制根长、苗长和苗干重的QTL，遗传距离不同。Landjeva等[21]在5D染色体侧翼标记gwm182附近检测到控制苗长和根茎比率的QTL，而本研究在5D染色体侧翼标记gwm182附近检测到控制旗叶面积和旗叶宽的QTL，但遗传距离不同。因此，与幼苗期性状相关的QTL存在与苗期活力、后期生长发育性状和产量性状等QTL共同的连锁分子标记，这些标记可有效用于小麦分子标记辅助育种。尽管本研究检测到的QTL都是微效QTL，但验证了这些QTL位点与种子苗期活力性状有关，对苗期性状与小麦旗叶性状的深入研究有参考价值。

本研究在4D染色体上定位到矮秆基因Rht2，朱 浩等[22]研究表明，Rht2基因不仅影响根长，而且与产量和千粒重有关。但本研究检测到Rht2与控制根长的QTL距离较远。Tian等[23]在6A染色体上定位到矮秆基因Rht24，可增加春季苗期活力和千粒重，但与幼苗期活力性状无关。因此，Rht24基因弥补了大多数矮秆基因降低小麦初期生长活力的缺陷，对研究耐旱相关性状遗传检测及分子标记辅助选育奠定了基础。

本试验采用室内苗期性状研究方法，占用空间小，一次可以测试批量样品，有利于对遗传群体的多样本开展多重复研究。然而，统计分析的工作量大，不能及时完成所有品系的根系性状测量，可能造成品系间测量误差，因此，本研究在测定时，每个重复间适当增加了试验间隔，尽可能减少误差。今后采用数码拍照后，利用适合于大群体表型研究的根系分析系统软件进行处理，可以分析更多的幼苗指标，还可进一步减少试验误差。