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提升小麦产量、改良小麦品质、增强小麦抗病虫及抗逆性,是小麦育种永恒的主题。遗传理论研究育种实践表明,我国小麦育种业已进入瓶颈期,特别是小麦产量育种,产量水平长期徘徊不前,很难选育出突破性小麦新品种。究其根本原因在于我国各大麦区仅仅依赖于数量有限骨干亲本用于育种利用,导致大量新选育品种源于近亲繁殖,遗传一致性较高,丧失了遗传多样性。小麦野生近缘种属在长期的遗传进化过程中,为适应自然环境而保留了大量目前普通小麦业已丧失的产量、品质、抗病虫及抗逆相关性状遗传多样性。因此,小麦近缘野生种属是拓宽普通小麦遗传背景的重要基因源。本研究利用含节节麦AS60(Aegilops tauschii,DD,2n=14)D染色体遗传背景的重组自交系为供体亲本,川麦32(SW8188)为轮回亲本构建的回交群体BC3F8为材料,在前人研究基础上,进一步通过自交选择,并结合特异SSR分子辅助选择,创制了一批携带节节麦D染色体片段导入系新材料。进一步对项目组获得的节节麦D染色体片段导入系新材料进行农艺性状、产量相关性状及条锈病抗性表型鉴定,评价其育种利用价值,并结合性状-标记关联分析,对导入片段的分子遗传效应进行了分析,获得如下研究结果:1、以川麦32为遗传背景,创制了 51份节节麦D染色体片段导入系材料基于已获得的318份BC3F8导入系群体,通过自交1代至BC3F9,利用特异SSR分子标记进行辅助选择,共获得51份节节麦D染色体片段导入系材料。结合项目组前期获得的26份D染色体片段导入系材料,对这些材料的分子特性进行了系统分析,结果发现:1D染色体上涉及到16个片段,最长导入片段Xcfa2147a-Xgpw7258b(遗传长度39.75cM),最短导入片段Xgpw4503b-Xcfd65a(遗传长度0.52cM);2D染色体上涉及28个片段导入,最长导入片段Xgpw4474c-Xgpw4473(遗传长度26.80cM),最短导入片段Xwmc144-XBArc145(遗传长度1.65cM);3D染色体上涉及6个片段导入,最长导入片段Xgwm383-Xgpw307(遗传长度47.65cM),最短导入片段Xgdm8-Xwmc529(遗传长度7.55cM);4D染色体上有10个片段导入,最长导入片段 Xgwm265-Xgpw4474b(遗传长度 17.00cM),最短导入片段Xwmc720-Xwmc473(11.20cM);5D染色体上有2个片段导入,最长导入片段Xgdm63-Xwmc765(遗传长度15.75cM),最短导入片段Xgdm68-Xwmc799(遗传长度14.30cM);6D染色体上有6个片段导入,最长导入片段Xgdm36a-Xbarc23(遗传长度52.00cM),最短导入片段Xgwm469-Xgpw4465b(遗传长度13.50cM);7D染色体上有9个片段导入,最长导入片段Xgwm473-Xwmc634(遗传长度28.75cM),最短导入片段Xwmc698-Xgpw5208(遗传长度 10.90cM)。2、通过表型鉴定分析,节节麦D染色体片段的导入对小麦表型具有明显的遗传效应基于一年两点随机区组实验设计,2015-2016年度将单片段材料分别种植在农业现代化实验基地(崇州)和四川农业大学温江农场(温江),对2个环境下节节麦D染色体片段导入系进行系统的表型(株高、穗长、穗下节间长、有效分蘖、无效分蘖、旗叶面积、小穗数、穗粒数、千粒重、粒长和粒宽)。与轮回亲本川麦32比较发现,节节麦D染色体片段的导入对小麦农艺性状具有明显稳定的遗传效应:在2D染色体上的 Xwmc144-Xbarc145-2D、Xbarc159b-Xgpw4474c-2D 和 Xgpw361-Xgpw4450-2D、Xbarc159b-Xgpw4473c-2D,4D 染色体上的Xgwm265-Xgpw44 74b-4D和Xwmc720-Xw mc473-4D,6D 染色体上的 Xgdm36a-Xcfd13-6D和Xgpw4465a-Xgpw7292-6D,共 8 个区段对小麦穗下节间长具有正向遗传效应;1D染色体上的2个区段Xgpw315-Xwmc93a-1D和Xgpw4503b-Xcfd65a-1D对旗叶面积具有增效遗传效应;位于2D和4D染色体上的2个区段Xgpw4450-Xgpw361-2D和Xwmc720-Xwmc473-4D对株高具有增效遗传效应;位于4D和7D染色体上的3个区段Xgwm265-Xgpw4474b-4D、Xwmc463-Xg wm295-7D以及Xwmc463-Xgwm295-7D对小穗数具有增效遗传效应;位于2D染色体上的1个染色体区段Xwmc817a-Xgpw332fa-2D则对千粒重具有增效遗传效应。推测这些节节麦D染色体导入区段可能控制着小麦农艺性状或产量相关性状的基因或QTL区段。3、通过成株期条锈抗性鉴定分析,节节麦D染色体片段的导入对提高小麦抗性具有明显的遗传效应条锈病成株期抗性鉴定结果表明,所有导入系在两个环境中对条锈菌抗性反应基本一致。其中,在温江试验点,共有36个导入系对条锈病表现为成株期抗性(35个导入系对条锈病表现为近免疫,1个导入系表现高抗);在崇州试验点,共有20个导入系对条锈病表现为成株期抗性,均比轮回亲本川麦32有更高的条锈病成株期抗性。结合导入片段分析发现,在携带1D染色体上的3个区段(Xcfd636-Xwmc147、Xgpw315-Xwmc93a和Xgpw4503B-Xcfd65a)、2D 染色体上的 3 个区段(Xgpw361-Xgpw4450、Xgpw4474c-Xbarc159B和gwm484-Xgwm304)、3D 染色体上的2个区段(Xgpw5188-Xgpw307和Xgwm383-Xgpw307)、4D染色体上的1个区段(Xcfd50-Xwmc658),5D 染色体上的 2 个区段(Xgdm68-Xwmc799和Xgdm63-Xwmc765)、6D染色体上的区段(Xgdm36a-Xbarc23)及7D染色体上的1个区段(Xgpw5208-Xgpw1142)的导入系均表现为条锈病成株期抗性(反应型0;、最大严重度≤5%),推测这些节节麦D染色体导入区段可能控制着小麦条锈病成株期抗性基因或QTL区段。4、节节麦D染色体片段导入系新材料各表型间具有明显的遗传牵连效应简单相关分析结果表明,11个鉴定的目标性状间相关系数达到显著水平,说明节节麦D染色体片段导入系新材料各表型间具有明显的遗传牵连效应。其中,有效分蘖与小穗数在两个环境下均表现为稳定的极显著正相关;穗长与千粒重在2个环境下均表现极显著负相关;株高与穗下节间长在2个环境中达到极显著正相关水平;穗粒数与千粒重在2个环境中表现为极显著正相关。5、基于节节麦D染色体片段导入系群体,利用SSR分子标记技术共定位了 25个与导入片段重叠控制表型性状的高贡献率QTL区段基于SSR分子标记,通过JoinMap version5.0软件构建遗传连锁图谱,进一步发掘导入片段上控制性状的QTL区段。利用MapQTL6.0软件对节节麦D染色体片段导入系群体进行检测,共获得25个与导入片段重合的QTLs区段。其中,1个控制旗叶面积QTL区段QFla.sicau-1D位于1D染色体上,加性效应为负值,贡献率为58%;7个控制粒宽的QTLs区段分别定位在2D、3D、4D、6D、7D上,最大贡献率(95.1%)的区段是QGw.sicau-6D;3个控制粒长的QTL区段分别位于2D、5D、7D染色体上,最大贡献率区段QGl.sicau-5D(95.9%)位于5D染色体上;定位了 1个控制穗长QTL区段,QSl.sicau-3D其贡献率为87.8%。同时,与项目组前期研究结果对比分析发现,本研究获得的控制穗下节间长的QTL区段Qpl.sicau-3DD及控制株高的QTL区段QPh.sicau-4D与利用重组自交系群体定位研究获得的研究结果一致。本研究对项目组创制节节麦D染色体片段导入系进行系统表型鉴定,解析了导入系的农艺性状、产量相关性状及条锈病成株抗性特征,为节节麦D染色体片段导入系的进一步育种利用提供了材料基础。目前,这批导入系已被四川主要育种单位,包括内江市农科院、绵阳市农科院和中科院成都生物所等广泛利用。本项目组利用这批导入系作为育种亲本进行新品系的选育,已展示了其良好的育种利用潜力。另外,本研究获得了一系列控制表型性状的高贡献率QTL区段,尤为重要的是,这些QTL遗传区段与导入片段区段高度重叠。这些QTL区段,对表型的遗传贡献率超过50%,进一步证实导入系的创制是将复杂性状分解为单个孟德尔因子的重要技术手段。因此,本研究获得D染色体片段导入系为QTL的克隆与功能分析具有重要的利用价值。