小麥品種周麥16的遺傳構(gòu)成分析

孔子明，宋曉朋

(1.駐馬店市遂平縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河南 遂平 463100； 2.駐馬店市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 駐馬店 463000)

小麥?zhǔn)俏覈?guó)最重要的糧食作物之一，其穩(wěn)定發(fā)展離不開(kāi)優(yōu)良品種的選育。從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，我國(guó)小麥主產(chǎn)區(qū)經(jīng)歷了多次品種更新?lián)Q代，不同時(shí)期代表性小麥種質(zhì)材料的利用對(duì)小麥單產(chǎn)及總產(chǎn)的提高和品種的更新?lián)Q代發(fā)揮著重要作用[1]。因此，解析這些代表性小麥種質(zhì)的遺傳構(gòu)成，探究其內(nèi)在的遺傳規(guī)律，對(duì)小麥遺傳改良具有重要的指導(dǎo)意義。

近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)小麥主推品種的遺傳構(gòu)成進(jìn)行了研究。李小軍等[2]通過(guò)SSR分子標(biāo)記對(duì)小麥品種百農(nóng)AK 58的遺傳構(gòu)成進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)周麥11對(duì)百農(nóng)AK 58的遺傳貢獻(xiàn)更大，且多數(shù)特異位點(diǎn)與許多控制重要農(nóng)藝性狀基因相關(guān)；李俊等[3]用SSR標(biāo)記和DArT標(biāo)記解析了小麥品種川麥104，認(rèn)為川麥104繼承了川麥42更多的遺傳物質(zhì)，且發(fā)現(xiàn)川麥104來(lái)源于雙親的遺傳物質(zhì)在不同染色體上分布不同；鄒少奎等[4]通過(guò)SSR標(biāo)記分析了大面積推廣品種周麥22的分子遺傳基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)親本對(duì)周麥22的遺傳貢獻(xiàn)率在不同染色體上差異較大，認(rèn)為親本溫麥6號(hào)對(duì)周麥22的遺傳貢獻(xiàn)較大。

SNP標(biāo)記在小麥基因組中具有數(shù)量多、分布廣，易于檢測(cè)等特點(diǎn)，在小麥基因型鑒定和重要QTL發(fā)掘中發(fā)揮著重要作用[5]。前人的研究大多用低密度的SSR標(biāo)記對(duì)小麥品種的遺傳構(gòu)成進(jìn)行分析，而較少利用高通量的SNP標(biāo)記對(duì)小麥品種的分子遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行解析。周麥16是周口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的超高產(chǎn)、多抗、廣適小麥品種，由于其具有矮桿抗倒、綜合抗性和一般配合力好等優(yōu)點(diǎn)[6]，已經(jīng)成為黃淮麥區(qū)的骨干親本，而對(duì)周麥16的遺傳構(gòu)成研究較少，本研究以周麥16及其雙親材料，利用小麥90 KSNP標(biāo)記對(duì)周麥16的遺傳構(gòu)成進(jìn)行分析，以期為小麥品種的遺傳改良提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料周麥16、周麥9號(hào)和周8425 B，均由周口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。種植于駐馬店市遂平縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局原種場(chǎng)。

1.2 基因組DNA提取

每個(gè)品種選取幼嫩的葉片，用CTAB法提取葉片基因組DNA[7]，每個(gè)樣品DNA的質(zhì)量用0.8%的瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)。用Illumina 90 K iSlect SNP 芯片對(duì)每個(gè)品種的DNA進(jìn)行全基因組掃描，通過(guò)Genome Studio軟件對(duì)品種的SNP標(biāo)記進(jìn)行分型，獲得分型結(jié)果。

1.3 親本對(duì)后代遺傳位點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)

根據(jù)親本與子代SNP標(biāo)記的堿基是否相同，計(jì)算雙親對(duì)后代的遺傳貢獻(xiàn)率，即在某一SNP位點(diǎn)上，子代品種與一個(gè)親本的SNP標(biāo)記的堿基相同，同時(shí)與另一個(gè)親本的SNP標(biāo)記的堿基不同，就可以認(rèn)為后代品種在該SNP位點(diǎn)上繼承了親本的遺傳位點(diǎn)。雙親對(duì)后代的遺傳貢獻(xiàn)率為子代繼承親本的遺傳位點(diǎn)數(shù)目與所有親本位點(diǎn)總數(shù)的百分比。

1.4 基因型圖譜的構(gòu)建

根據(jù)Wang SW等[8]提供的SNP標(biāo)記染色體位置信息，按照SNP標(biāo)記在染色體位置和順序從小到大進(jìn)行排列，采用GGT 2.0軟件[9]繪制親本和周麥16的基因型圖譜，在繪制圖譜過(guò)程中，根據(jù)親本中SNP標(biāo)記的差異賦予不同的顏色，后代周麥16根據(jù)與親本標(biāo)記的異同賦予相應(yīng)的顏色。

2 結(jié)果與分析

2.1 周麥16的遺傳構(gòu)成分析

通過(guò)Genome Studio軟件對(duì)90 K SNP iSlect 芯片81 587個(gè)SNP位點(diǎn)進(jìn)行分析，檢測(cè)失敗的位點(diǎn)，同時(shí)參考90 K SNP標(biāo)記的染色體位置信息，共有20 813個(gè)SNP標(biāo)記用于后續(xù)試驗(yàn)分析，不均勻分布于小麥的21條染色體上。7 780個(gè)標(biāo)記在周麥16及其雙親周麥9號(hào)和周8425 B上有差異，差異性標(biāo)記出現(xiàn)的頻率為37.38%。在親本傳遞給子代的遺傳位點(diǎn)中，3 002個(gè)SNP標(biāo)記來(lái)源于母本周麥9號(hào)，4 778個(gè)SNP標(biāo)記來(lái)源于周8425 B，周麥9號(hào)和周8425 B對(duì)周麥16的遺傳貢獻(xiàn)率分別為35.68%和64.32%；在小麥各染色體上，多態(tài)性SNP標(biāo)記分布不均勻，差異較大，5 B染色體上最多，有1 119個(gè)多態(tài)性遺傳位點(diǎn)，而4 D染色體多態(tài)性SNP位點(diǎn)最少(圖1)。

圖1 多態(tài)性SNP標(biāo)記在染色體上分布的數(shù)量

通過(guò)分析雙親對(duì)周麥16在全基因組水平上的遺傳貢獻(xiàn)率可知，在A基因組上，周麥9號(hào)的遺傳貢獻(xiàn)率為39.89%，周8425 B的遺傳貢獻(xiàn)率為60.11%；在B基因組上，周麥9號(hào)和周8425 B對(duì)周麥16的遺傳貢獻(xiàn)率與A基因組相近；在D基因組上，周8425 B對(duì)周麥16的遺傳貢獻(xiàn)率更大(72.17%)，而周麥9號(hào)的遺傳貢獻(xiàn)率僅為27.83%(表1)。

表1 親本對(duì)周麥16在全基因組水平上的遺傳貢獻(xiàn)率

圖2 親本對(duì)周麥16在不同染色體上的遺傳貢獻(xiàn)率

2.2 周麥16來(lái)源于周麥9號(hào)和周8425 B的遺傳區(qū)段

通過(guò)GGT 2.0軟件繪制了親本和周麥16的基因型圖譜(圖3)。D組染色體由于標(biāo)記數(shù)量較少，周麥16繼承雙親周麥9號(hào)和周8425 B的區(qū)段較為集中，但是周8425 B遺傳給周麥16的區(qū)段較多；在1 A、2 A、2 B、5 B、6 B染色體上周麥16繼承親本的遺傳區(qū)段較為接近，6 A染色體有較多的周麥9號(hào)遺傳區(qū)段傳遞給了周麥16，從整個(gè)染色體上看，與周麥9號(hào)相比，周8425 B有更多的遺傳片段貢獻(xiàn)給了周麥16。

注：1為周麥9號(hào)；2為周8425 B；3為周麥16；紅色表示周麥9號(hào)區(qū)段；深藍(lán)色表示周8425 B；淺藍(lán)色表示周麥9號(hào)與周8425 B相同區(qū)段；黃色表示周麥16特有區(qū)段。

3 討 論

周麥16在黃淮麥區(qū)小麥雜交育種中起著重要作用，由于其在生產(chǎn)過(guò)程中表現(xiàn)出良好的豐產(chǎn)性、廣適性和綜合抗性，作為交雜親本具有優(yōu)良性狀遺傳能力強(qiáng)、配合力高等優(yōu)點(diǎn)，不斷地被許多育種家作為小麥親本材料利用，以其為親本衍生出許多品種正在黃淮麥區(qū)大面積推廣。周麥16的組合為周麥9號(hào)/周8425 B，周8425 B是周口市農(nóng)科院選育的矮桿、抗病、大穗的優(yōu)異種質(zhì)材料，以其為親本衍生出的小麥品種達(dá)100余個(gè)，是黃淮麥區(qū)重要的骨干親本[10]。本研究利用高密度SNP標(biāo)記對(duì)周麥16的遺傳構(gòu)成分析，發(fā)現(xiàn)周8425 B的遺傳貢獻(xiàn)率較高，在不同基因組和多條染色體上周麥16繼承了更多的遺傳區(qū)段，這是周麥16成為新的骨干親本的重要遺傳學(xué)基礎(chǔ)。周麥16的雙親周麥9號(hào)和周8425 B都是具有較多優(yōu)良農(nóng)藝性狀的親本，親本優(yōu)點(diǎn)多，在本研究中周麥16繼承了雙親共有的SNP標(biāo)記占總標(biāo)記的59.19%，因此，周麥16具有親本品種較多的優(yōu)良特性。