小麦容重QTL定位

摘 要：

为定位控制小麦容重的qtl位点，并获得与重要位点连锁的分子标记，以含有 302个家系的重组自交系群体（RIL）WL为材料，在3个环境中，用完备区间作图软件IciMapping v3.0对小麦容重QTL进行定位分析。共检测到14个控制容重的加性QTL位点，分别位于1B、2A、4A、4B、5B、6B、7A和7B染色体上，单个QTL可解释籽粒容重变异的 3.63%～16.15%。其中，QTw-WL-4A和QTw-WL-7B.2 均可在E2和平均环境中被检测到，可分别解释籽粒容重变异的4.86%、3.83%和11.81%、5.57%。其中，有4个在单个环境中可以解释超过10%的表型变异。增效位点有的来源于父本，有的来源于母本。

关键词：小麦；重组自交系；容重；QTL

中图分类号：Q343.1+7+S512.1 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2014）04-0024-05

小麦容重是指单位容积内小麦的重量。由于胚乳的比重大于皮层，所以小麦容重高时胚乳含量就多，皮层含量就少，出粉率就高。研究认为容重和烘烤品质呈正相关关系[1]，是反映小麦质量的重要指标，是小麦收购和市场交易的最重要指标，是定价的最主要依据。我国和美国、加拿大、澳大利亚等世界各小麦主产国的小麦质量标准中，容重都被列为质量标准的首位。容重是受多基因控制的数量性状，它是籽粒大小、质量、形状、整齐度、腹沟深浅、胚乳质地、出粉率等性状和特征的综合反映，受环境的影响较大，在早代对其进行选择的可靠性较差[2，3]。因此进行容重的QTL定位分析，对于了解容重形成的遗传基础和进行分子标记辅助选择（MAS）育种具有重要意义[4，5]。

1 材料与方法

1.1 试验材料与田间种植

两个亲本潍麦8号、洛旱2号分别由潍坊市农业科学院和洛阳市农业科学研究院选育而成，由二者杂交创建的含有302个家系的重组自交系群体（RIL，F8∶9，简称WL）由国家小麦改良中心泰安分中心提供。

重组自交系群体及其双亲于2008-2009年度种植于山东农业大学农学院实验农场 （环境1，简称E1），2009-2010年度分别种植在山东农业大学农学院实验农场 （环境2，简称E2）和济宁市农业科学研究院试验农场（环境3，简称E3）。3个环境下均不设重复，家系间随机排列。每个家系种植2行，行长2 m，每行匀播50粒，行距30 cm，株距4 cm。栽培管理同一般大田。

1.2 DNA提取及分子标记检测

双亲及WL群体基因组DNA提取采用CTAB法（略有改动）[6]。共选用3 123对小麦基因组SSR、EST-SSR、ISSR、RAPD、STS和SRAP引物进行双亲间的多态性筛选，共筛选出343对引物，其中多位点引物有74对（53、17对和3对引物分别扩增出2、3个和4个多态性位点）。引物序列及其相关信息通过参考文献和GrainGenes2.0 网站（http：//whea.pw.usda.gov/GG2/index.shtm1）获得。所有引物由上海生工生物工程技术服务有限公司合成。

扩增反应在TaKaRa PCR thermal cycler上进行，PCR反应总体积为 25 μL。反应体系的组成为：H2O 11.9 μL，10×Buffer 2.5 μL，dNTP（2.5 mmol/L）2.5 μL，Mg2+（25 mmol/L）2.0 μL，TaqE（5 U/μL）0.2 μL，正反引物（25 ng/μL）各1.7 μL（ISSR引物为3.4 μL），模板DNA（80 ng/μL）2.5 μL。扩增程序为降落PCR（Touchdown PCR），即 94℃预变性4 min，接着完成15个循环的复性温度降落程序，94℃变性45 s、65℃复性50 s（每个循环降低1℃）和72℃延伸55 s；最后完成30个循环的普通PCR程序，扩增结束后10℃保存。扩增产物按5∶1体积比加入溴酚蓝混合均匀，在6%聚丙烯酰胺非变性凝胶（39∶1）上稳压（120 V）电泳，固定、银染、显影、定影，然后用Tanon Gis-2010型凝胶成像系统照相观察，记载带型。

1.3 表型性状调查和分析

小麦完熟后单个家系所有单株混合脱粒，充分混合后用 200 mL量筒量取200 mL籽粒，称重，折算成每升重量（g）。采用SPSS 13.0 软件分别对3个环境下的表型数据进行正态分布分析。

1.4 遗传图谱构建和QTL分析

连锁图谱构建参考Wang等[7]的方法。采用MapMaker/EXP 3.0软件构图。首先，根据在GrainGenes 2.0（http：//wheat.pw.usda.gov/GG2/index.shtml）公布的位点信息和中国春缺体-四体定位的信息，用“ANCHOR”命令在每个染色体上分散锚定若干位点；然后在LOD值为3.0的条件下用“ASSIGN”命令将剩余的标记分别进行染色体分配；最后用JoinMap v3.0（http：//www.joinmap.nl）构建遗传连锁图谱。采用完备区间作图软件IciMapping v3.0 （http：///）进行QTL定位分析。LOD阈值设定为 2.5，步长为1 cM，进行1 000次置换检测。三个环境下的表型数据以及其平均值（P）分别用作QTL定位分析。

2 结果与分析

2.1 遗传连锁图谱

共计348个位点被定位在连锁图谱上，分布在23个连锁群上，包括了小麦的21条染色体（4D和6D各包含 1个连锁断点）。整个染色体基因组全长3 132.2 cM，标记间的平均遗传距离为 9.0 cM 。A、B和D 3个染色体基组的遗传长度分别是 1 086.1、1 170.8 cM 和 875.2 cM，差别较大，而且标记位点数在3个染色体基组间的分布也不均匀，B基组的标记数为154个，是 D 基组的 2.3倍。单个染色体上的标记数目相差亦非常明显，7B染色体上标记数最多，达 47个，而3D上只有2个（表1）。

2.2 RIL 群体及其亲本表型变异

在3个环境中洛旱2号的容重显著高于潍麦8号。RIL群体的平均值高于双亲平均值，表现为倾高亲遗传。3个环境中，容重的偏度系数的绝对值均小于1，除E3环境中峰度系数大于1外，其它两个环境峰度的绝对值均小于1，表现连续变异，且频数分布符合正态分布，变异系数为10.1%～21.2%（表2）。

2.3 利用完备区间作图法检测到的容重QTL

通过分析，共定位了14个容重的加性QTL（表3，图1），分别位于1B、2A、4A、4B、5B、6B、7A

和7B染色体上，单个QTL可解释3.63%～16.15%的表型变异。其中，QTw-WL-4A和QTw-WL-7B.2均可在E2和P中被同时检测到，分别解释容重的4.86%、3.83%和11.81%、5.57%表型变异，其增效基因均来自于潍麦8号。其余的12个加性QTL均只能在一个环境或平均值中被检测到，其中QTw-WL-6B.3的LOD值为6.70，加性效应为6.22，可解释高达15.09% 的表型变异，增效基因来源于潍麦8号；QTw-WL-5B的LOD值为2.88，加性效应为6.38，可解释超过10.68%的表型变异，增效基因来源于洛旱2号，二者均为主效QTL。

从表3中可以看出，3个环境中检测到的QTL数量差异较大，在E1环境中有5个QTL被检测到，而在E3环境中只检测到2个容重QTL，且在E3环境中检测到的QTL与E1环境中的不相同，这表明基因的表达受环境条件的影响，这在QTL水平上表明基因与环境之间存在互作。

3 结论与讨论

本研究定位的控制容重的QTw-WL-2A位点与Houshmand等（2008）[8]报道的位于2AS染色体上的容重QTL具有相同的连锁标记Xbarc010，推测它们可能是相同的QTL。在染色体4B上，张业伦（2008）[9]检测到 1个控制容重的 QTL，Houshmand等（2008）[8]检测到了一个在 7个环境中能被重复检测到的容重QTL。在7B染色体上，Sun等（2009）[10]在Xswes624d～Xwmc517区间，Houshmand等（2008）[8]在Xbarc172～Xgwm537区间都检测到一个控制容重的QTL。在染色体1B上，McCartney等（2006）[11]检测到一个容重QTL。Sun等（2009）[10]在4A染色体上检测到一个容重QTL，在6B染色体上检测到一个在3个环境中能被重复检测到的容重QTL。张业纶（2008）[9]在5B和7A染色体上分别定位了一个控制容重的 QTL。本研究在以上相应的染色体上定位到了容重QTL，但由于群体遗传背景、遗传图谱所用分子标记不同以及环境因素的影响，没有发现共同的分子标记，因此不能确定这些QTL是否与本研究在相同染色体上检测到的QTL相同。

在检测到的14个QTL中，9个增效QTL来自于高亲本洛旱2号，有5个来自于低亲本潍麦8号，这说明低亲本中同样含有有益于目标性状的基因。在品种选育过程中，更应该注意这类基因的选择，因为含有这类基因的亲本在亲本组配过程中很少受到利用，但事实上这类基因使生物的多样性更加丰富，更有利于选育出突破性的品种。因此，利用QTL定位，充分挖掘作物的优良基因，并进行分子标记辅助选择，是选育优良作物品种的一条重要途径。

容重是小麦最重要的商品性指标，对小麦的品质有重要的影响，但易受多种因素的影响，通过QTL定位分析，比较不同的研究结果，发现不同遗传背景和环境条件下稳定表达的QTL，对分子标记育种具有很好的应用价值。因此，创建具有不同遗传背景的遗传群体，构建能有效进行精细定位的遗传群体，再进行多年多环境试验，对于寻找与容重紧密相连的分子标记，对小麦容重分子标记辅助育种具有十分重要的意义。

参 考 文 献：

[1]

司建中. 小麦水分含量对容重及硬度的影响[J]. 粮食储藏，2011，40（5）：47-49.

[2] 张华文，田纪春，刘艳玲. 小麦品种间籽粒品质性状表现及其相关性分析[J]. 山东农业科学，2004（6）：10-12.

[3] 王霖，郭新平，姬广臣，等. 小麦面粉白度配合力及其与主要品质性状的相关分析[J].麦类作物学报，2006，26（1）：62-65.

[4] 张桂芝，李斯深. “M8008×烟农15”F2∶3群体株高QTL的检测[J].山东农业科学， 2011（11）：1-4.

[5] 张坤普，徐宪斌，田纪春. 小麦籽粒产量及穗部相关性状的QTL定位[J]. 作物学报，2009，5（2）：270-278.