小麦株高QTL Qph.nau-5B的效应评价
韩玉洲, 张勇, 杨阳, 顾正中, 吴科, 谢全, 孔忠新, 贾海燕, 马正强
作物学报
2021, 47 ( 6):
1188-1196.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2021.01053
株高直接影响小麦的产量潜力, 也是植株抗倒伏性的重要组成部分。目前虽有大量株高相关QTL被鉴定到, 但大多QTL的遗传效应仍不清楚。本研究前期利用小麦品种群体, 通过关联分析鉴定到一个小麦株高主效QTL Qph.nau-5B。为了评价该QTL的效应, 通过分子标记辅助选择分别构建了以南大2419、吉春1016和郑麦9023为供体亲本, 中优9507为背景的3种等位变异的近等基因系, 背景回复率均高于93%。在7个独立的试验环境中, 所有近等基因系的株高较轮回亲本均显著降低, 平均降幅为11.1 cm (10.3%)。Qph.nau-5B不同等位变异效应强弱不同, 其中来源于吉春1016和郑麦9023的等位变异平均降秆效应相似(12.4 cm), 显著大于南大2419的等位变异(8.6 cm), 但各等位变异相对降秆效应大小受环境影响。此外, Qph.nau-5B对单株穗数、穗长、千粒重等农艺性状无明显负效应。本研究结果表明Qph.nau-5B具有重要的育种价值, 可为小麦的株型分子设计育种提供基因资源。
近等基因系
NILs | 供体亲本
Donor parents | 轮回亲本
Recurrent parent | 世代
Generation | 背景回复率
Recipient genome composition (%) | | NIL-ND | 南大2419 Nanda 2419 | 中优9507 Zhongyou 9507 | BC4F2 | 96.8 | | NIL-JC | 吉春1016 Jichun 1016 | 中优9507 Zhongyou 9507 | BC4F2 | 93.3 | | NIL-ZM | 郑麦9023 Zhengmai 9023 | 中优9507 Zhongyou 9507 | BC4F2 | 98.4 |
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表1
Qph.nau-5B近等基因系的亲本、世代与背景回复率
正文中引用本图/表的段落
起源于日本小麦品种‘农林10号’的矮秆基因Rht-B1b和Rht-D1b直接引发了20世纪50至60年代的“绿色革命”。该基因可以显著提高小麦的抗倒伏性和高肥耐受力, 使单位面积粒数、收获指数和单产大幅度提高[25,26]。目前, 世界上绝大多数的小麦矮秆/半矮秆品种携带Rht-B1b和/或Rht-D1b[27,28]。然而实践经验表明, Rht-B1b和Rht-D1b也会产生诸多不利影响, 如缩短胚芽鞘长度, 降低出苗率、幼苗活力和氮肥利用率等; 在干旱、高温等逆境种植条件下, Rht-B1b和Rht-D1b对产量的负效应尤其明显[28,29,30,31]。Rht-B1c源于我国西藏小麦品种“大拇指矮(Tom Thumb)”, 降秆效应较强(约50%), 可提高穗粒数和收获指数, 抗穗发芽, 在特定环境下具有增产效应, 但该基因降低籽粒大小和蛋白含量[26,32]。Rht8来自日本矮秆品种赤小麦(Akakomugi)[33], 降秆效应仅为Rht-B1b和Rht-D1b的一半, 但对胚芽鞘抑制效应小, 是Rht-B1b和Rht-D1b的替代性矮源[34]。目前Rht8在我国小麦品种中的分布频率达56%, 高于Rht-D1b (44%)和Rht-B1b (29%)[34,35,36,37,38,39,40,41,42]。Rht-D1c与太谷核不育基因Ms2 (Ta1)紧密连锁, 用二者选育的矮败小麦是杂交育种的重要材料[43]。Rht12可降秆约40%, 表现为晚熟、粒小[44,45]。由此可见, 在生产上应用的矮秆基因仍然较少, 且各有优缺点, 进一步发掘、评价、利用新的矮秆基因具有重要的意义。
以南大2419、吉春1016和郑麦9023为父本, 中优9507为母本进行杂交, 然后以中优9507为轮回亲本进行回交。在每一回交世代, 使用Qph.nau-5B连锁分子标记Xgwm213-Xgwm371-Xgwm219.1进行前景选择。在BC4F2群体, 利用上述分子标记筛选 Qph.nau-5B位点纯合的单株。期间利用温室进行加代, 光周期和温度设置为: 16 h/25℃ (白天, 光强为600~700 μmol m-2 s-1) + 8 h/18℃ (夜晚)。对于中选单株, 利用分子标记检测其背景回复率(recipient genome composition, RGC)。所用分子标记来自: (1) Xue等[50]发表的小麦高密度遗传图谱(选择均匀分布于小麦基因组的分子标记); (2) 已发表的Rht-B1b、Rht-D1b、Rht-B1c、Rht4、Rht5、Rht8、Rht9、Rht10、Rht12、Rht14、Rht16、Rht18、Rht22、Rht23等常见矮秆基因的连锁/功能分子标记[10,35,40,42,51]。
为明确回交后代轮回亲本遗传组成的恢复程度, 利用233个分布于全基因组的分子标记(含Rht基因连锁/功能标记)进行了多态筛选, 得到92、90和124个分别能在南大2419/中优9507、吉春1016/中优9507、郑麦9023/中优9507间显示多态的标记。利用这些多态性标记计算了上述纯合单株的背景回复率, 结果表明, 所获纯合株系的背景回复率均高于85%。从每组合中选择背景回复率最高的单株作为下一步分析的近等基因系(表1)。
本文的其它图/表
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