[小麦DH群体的构建及其应用研究]小麦群体计算方法

来源:思想汇报 发布时间:2019-08-14 05:30:59 点击:

  摘要 小麦的许多重要性状都是由多基因多位点共同决定的,小麦DH群体的构建对于研究这些性状尤其是抗旱性具有十分重要的意义。分析利用DH群体研究小麦抗旱性、小麦主要农艺性状的QTL分析,以促进小麦DH群体的研究应用。
  关键词 小麦;DH群体;抗旱性;QTL
  中图分类号 Q494 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2013)02-0024-02
  1 小麦DH群体的构建
  近年来,小麦遗传育种对分子标记技术的应用逐渐增多,但试验材料对其应用的限制影响了其应用效果,使人们对标记用的遗传群体的要求逐渐增加,构建周期长或不具有永久性的BC1、F2、RI等应用不断减少。为此,人们找到了单倍体加倍(DH)群体,该材料非常有用。与常规群体相比,DH群体有以下几方面的优点:能够提高各种纯合基因型出现的频率,将试验规模缩小;DH群体可作为转基因受体;DH群体为永久性群体,在实践中能够多点多年种植,从而降低环境误差,保证试验的准确性;DH群体能够构建遗传连锁图,进行QTL分析,因为群体中各个体在遗传上都是纯合的,适于连续性资料积累。因此,科学工作者非常重视DH群体在遗传分析中的应用。大麦、水稻、玉米等都创建了DH群体,并广泛应用[1]。
  与其他作物相比,获得小麦DH群体比较困难。但是近些年关于小麦DH群体的构建及其研究报道增多。其中,构建DH群体常用的方法之一是花药培养法。
  利用旱选10号×鲁麦14组合作为试验材料,景蕊莲等采用花药培养法创建小麦加倍单倍体群体,该群体具有150个株系,各株系间变异广泛[2]。该群体的亲本旱选10号、鲁麦14抗旱性遗传差异较大,母本旱选10号(晋麦5号)是1966年山西省农科院育成的旱地品种,具有耐瘠、抗旱、耐寒等特点,在山西省中部旱地麦区应用时间最长,面积最大,当前晋中、陕北的丘陵旱地仍有种植;父本鲁麦14是1986年由山东省烟台市农科所育成的水地高产品种,曾在晋南、山东、冀中南、苏北及皖北肥水条件较好的地块种植广泛。Vinesh et al利用Beaver×Soissons组合,构建了一个具有48个株系的DH群体[3]。康明辉等[1]在利用花药培养技术选育小麦品种的同时,构建了3个DH群体。群体1:郑州8761×川育35050,群体规模133个。在河南常规种植,其后代群体穗下节长、株高、穗粒数、单株穗数、千粒重等差异较大,呈现典型数量性状遗传特征;穗型、株型、叶型、籽粒等也有明显差异。群体2:花培3号×漯麦4号,群体规模210个。双亲在单株穗数、穗长、总小穗数、不育小穗数、千粒重等方面存在明显的差异。群体3:0131H-66×R8320,群体规模138个。
  2 利用DH群体研究小麦抗旱性
  为节约水资源,提高作物的抗旱性非常必要。不同品种抗旱性存在差异,这种差异性与其生理生化特点具有一定的相关性,关于干旱胁迫条件下作物生理代谢特点及抗旱性与作物生理性状的关系研究逐渐增多,一些生理生化指标被提出用于作物抗旱性的鉴定[4-6],但每个指标常只能反映作物抗旱性的某个侧面[7]。由于作物抗旱性是复杂的数量性状,将分子生物学技术应用于作物抗旱性性状的研究,对于其遗传基础的阐述非常有利,从而为作物抗旱性的改良提供新的途径。
  利用小麦DH群体(旱选10号×鲁麦14),高 宁等[8]在染色体2B、4A、5A、6B上分别发现1个种子在水分胁迫条件下相对发芽势的数量性状位点(QTL),在染色体1B、5A、6B上分别发现1个相对发芽率的QTL,其中染色体2B上的QTL可解释相对发芽势表型变异的25%。在染色体1B、3B、7B上分别发现1个幼苗反复干旱存活率的QTL,依次解释表型变异的15.8%、21.6%和18.2%;成株期抗旱相关QTL中有14个的贡献率大于25%,其中9个位点的贡献率大于30%。利用小麦DH群体(旱选10号×鲁麦14),周晓果等[9-10]对小麦幼苗根系性状进行QTL分析,共检测到15对上位性互作QTL、11个加性效应QTL,分布在除5A、4B、2D、6D和7D以外的所有染色体上;其中控制根数的为2对上位性效应QTL、3个加性效应QTL,控制最大根长的为3对上位性效应QTL、3个加性效应QTL,控制根鲜重的为2对上位性效应QTL、2个加性效应QTL,影响根干重的为3对上位性效应QTL、2个加性效应QTL,控制根茎鲜重比的是2对上位性效应QTL,根茎干重比与3对上位性效应QTL、1个加性效应QTL相关;同时还分别检测到3对上位性效应QTL、1个加性效应QTL与水分环境的互作效应。
  武仙山等以小麦DH群体(旱选10号×鲁麦14)为材料,用株高旱胁迫系数分析小麦发育中的抗旱性动态,得出如下结论:抽穗期(UDS4|UWW4)的抗旱性是判断材料最终抗旱性的重要依据;而苗期(CDS1|CWW1)、抽穗到开花期(CDS5|CWW5)的植株发育状态是决定小麦最终株高的2个关键时段。小麦DH群体不同发育时期的抗旱性受环境影响多年点鉴定有利于发掘抗旱性稳定的基因型[11]。武仙山[12]在对小麦抗旱相关重要生理性状和农艺性状进行QTL定位和遗传剖析,揭示了以下规律:控制小麦抗旱相关重要生理性状和农艺性状的QTL表现加性效应和上位效应;控制小麦抗早相关重要性状的加性和上位效应QTL部分表现环境互作效应,另有一些QTL仅表现环境互作效应,并且对性状表型变异的贡献较大;多数抗旱相关重要性状受水分胁迫的显著影响。对小麦各性状DS|WW和DRI的QTL定位和遗传剖析,揭示了抗旱相关重要生理和农艺性状在干旱胁迫环境下特异表达及抗旱性表现的遗传基础;DH群体中,位于染色体6B(WMC269.3-P4232.1)和5A(Xgwm29l-Xgwm410)上的QTL控制干旱胁迫环境下的株高发育,属于干旱环境特异反应或者抗旱QTL,在抗旱分子育种和遗传基础的深入研究中应予以重视;控制小麦抗旱相关重要生理和农艺性状及其衍生性状的QTL在染色体上不均匀分布,在一些染色体区段上形成了QTL热点区域,例如:1B(WMCl56-P3446.1)、2D(WMCl8l-P3470.3)、2D(WMCl8-Xgwm30)/2D(WMC453.1-WMCl8)、3A(CWM48.1-WMC532)、4D(Xgwml65.2-Xgwml92)/5A(WMC410-WMC74)、6A(Xpsp307l-Xgwm570)。   3 利用DH群体进行小麦主要农艺性状的QTL分析
  数量性状座位(QTL)控制了小麦大多数的重要农艺性状,随着分子标记的发展,使得数量性状的研究步入崭新的QTL时代,能够利用分子标记正确进行QTL定位及其效应的估计。高密度遗传图谱的构建、分子标记技术的发展使数量性状位点(QTL)定位变为现实,从而为小麦优良种质资源的发掘和优良品种的选育加速发展奠定了基础。
  李艳秋以小麦品种京花1导与小白冬麦F1代花药培养获得的153个株系的DH群体为研究材料,共检测到9个与小穗数相关的QTL,最终将主效QTL定位在1B、2D、4A、7B染色体上,标记区间为Xwmc367-Barc80,Xgwm259-Xwmc367,Xgwm382-Xgdm87,Barc78-Xgwml60,Xwmc500-Cfa2040,贡献率分别为18.97%、18.99%、22.14%、23.37%、26.94%[13]。王 岩等[14]利用花培3号和豫麦57杂交F1通过花药培养,经染色体加倍获得168个双单倍体(doubled-haploid,DH)群体,用该DH群体的168个株系相互杂交,构建了IF2群体。在永久F2群体中定位了7个株高QTL,包括1个显性QTL、4个加性QTL、1对上位性QTL,共解释株高变异的20%,其中位于4D染色体的qPh4D,遗传效应最大,贡献率为7.5%;位于2D染色体显性效应位点qPh2D,可解释1.6%的表型变异;位于5B~6D染色体上位效应位点,可解释1.7%的表型变异。另外,显性效应、加性效应、上位效应在小麦株高遗传方面作用也非常明显,并且基因与环境具有互作效应。桑 云等[15]利用由小麦品种花培3号和豫麦57杂交获得168个DH株系,利用324个SSR标记构建遗传连锁图谱,并基于混合线性模型对控制穗下节间直径、茎壁厚及茎壁面积的QTL遗传效应和环境互作效应进行分析。共检测到10个加性效应位点和6对上位效应位点,其中3个加性位点参与环境互作效应。检测到位于染色体2D、3D和5D(2个)控制穗下节间直径的4个加性QTLs。与控制茎壁厚的3个加性位点相同或相邻,表现出一因多效或紧密连锁效应。2个位于染色体2D和5D控制茎壁厚和茎壁面积QTL有较大遗传贡献率,分别为11.37%和10.98%,适用于分子标记辅助育种和聚合育种。6对上位性效应遗传贡献率较小、无环境互作效应。梁燕[16]利用同样的DH群体,田小麦灌浆期叶片叶绿素含量共检测到5个加性QTLs、1对上位性QTLs,单个QTL可解释4.34%~28.49%的表型变异。叶绿素荧光参数共检测到9个加性QTLs、4对上位性QTLs。单个QTL可解释0.16%~11.08%的表型变异。发现了5个主效QTL-qChla5D(16.12%),qChlb2D(11.59%),qChlb5D(28.49%),qF02A(11.08%),qFolB/qF07B(12.1%)。比较小麦叶片叶绿素含量和叶绿素荧光参数QTLs定位结果,4个加性QTLs定位的区间相同,并且在这个区间存在着2个控制叶绿素含量的主效QTLs。相关QTLs定位在13条染色体上,说明控制小麦叶绿素含量和叶绿素荧光参数的QTLs大多是微效基因[16]。
  4 展望
  小麦的许多重要性状都是由多基因多位点共同决定的,小麦DH群体的获得有利于研究那些数量性状。DH群体作为永久性群体,其优点是系内基因型一致,系间基因型不同,系间除少数甚至一个染色体区段存在差异外,其余大部分染色体区段完全相同。因此,为提高QTL检测的准确性,可将种子分散到不同环境做重复试验。特别是DH群体的遗传结构直接反映F1配子中基因的分离和重组,且基因型是纯合的,有利于QTL的精细定位[17]。因此,DH群体是进行基因作图的理想群体,在小麦QTL研究中广泛应用。而利用小麦DH群体开展小麦抗旱相关性状的QTL定位、抗旱新基因发掘及分子育种,对小麦育种、缓解我国水资源短缺、稳定农业发展有重要意义。
  5 参考文献
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