分子标记Tamyb10D和TaDFR-B的有效性验证及对小麦抗穗发芽基因型的筛选

为了比较与小麦穗发芽抗性相关分子标记的有效性以及在白粒小麦品种中筛选出抗穗发芽的基因型材料,选择已报道的2个与穗发芽抗性相关的标记Tamyb10D和Ta DFR-B,对2套白粒小麦试材(78,103份)的穗发芽抗性进行综合筛选。结果表明:标记Tamyb10D可有效地用于白粒小麦穗发芽抗性筛选,而标记Ta DFR-B不适用于白粒小麦品种(系)材料的穗发芽抗性筛选的鉴定。通过分子标记Tamyb10D的筛选结果和发芽指数的评价,结合以前用分子标记Vp1B3的检测结果,在103份试材中筛选出5份具有高抗穗发芽基因型材料(GI10%),分别是:阆中白麦子、万县白麦子、陪陵须须白麦、川362和小白玉花,其单倍型分别是:Tamyb10D/Vp-1Bb、Tamyb10D/Vp-1Bb、Tamyb10D/Vp-1Bb、Tamyb10D/Vp-1Bb、Tamyb10D/Vp-1Bc;在另外一套(78份)试材中筛选出10份具高抗有穗发芽基因型材料(GI10%),分别为西农6028、克群、百农3217、开封124、郑州742、西昌5762、小偃5号、克壮、许跃6号和武农99,其单倍型均为Tamyb10D/Vp-1Bc。     

小麦穗发芽抗性相关Vp1基因启动子的分离及功能验证

成熟期穗发芽严重影响小麦产量和品质。Vp1是调节胚发育, 促进胚成熟和休眠的重要转录因子, 对小麦种子休眠和穗发芽抗性具有重要作用。本研究分离了普通小麦B基因组Vp1基因的启动子, 生物信息学预测结果表明, 其含有9个脱落酸响应元件ABRE、2个DREB和6个MYB干旱响应元件、3个赤霉素响应元件GARE、1个水杨酸响应元件TCA-E、2个茉莉酸甲酯响应元件TGACG-motif、4个SKn-1和1个RYREPE胚乳特异表达元件。采用5′端缺失的方法, 构建了系列含Vp1启动子不同区段融合GUS报告基因的瞬时表达载体和植物表达载体。通过基因枪转化小麦愈伤组织, 瞬时表达结果显示, Vp1启动子在无诱导的情况下不能启动GUS基因表达, 在低温、ABA、GA、PEG和NaCl诱导后可以启动GUS基因表达, 表现诱导表达特性, 且其诱导表达强度随启动子缺失片段长度变短而减弱。利用Gateway方法成功构建了6个启动子各缺失片段类型的植物表达载体, 并通过农杆菌介导转化四倍体小麦Stewart, 获得转基因植株。该启动子可有效启动GUS基因在转基因植株的花药、糊粉层、穗轴及根中表达, 其他组织中没有表达。当启动子片段大于660 bp时, 外源ABA可诱导启动子启动GUS基因在转基因植株茎节中的表达。     

红粒小麦Tamyb10单倍型检测及其与穗发芽抗性的关系

穗发芽是影响小麦品质和产量的重要因素之一,通常红粒小麦比白粒小麦具有较高的穗发芽抗性。转录因子Tamyb10是R-1基因的强候选基因,其表达与否和表达水平决定小麦籽粒颜色。为阐明Tamyb10单倍型与红粒小麦穗发芽抗性的关系,利用已开发的Tamyb10基因分子标记,检测119份来自不同麦区的红粒小麦材料,发现Tamyb10基因(Tamyb10-A1、Tamyb10-B1和Tamyb10-D1位点)可分成7类单倍型,分别是baa、aba、bba、aab、bab、abb和bbb。Tamyb10-D1对穗发芽抗性影响最大,Tamyb10-B1次之,Tamyb10-A1作用最小。Tamyb10单倍型没有明显的地域分布特点,但在东北春麦区,Tamyb10单倍型bbb与红粒品种的高穗发芽抗性相关。     

小麦穗发芽抗性分子标记的有效性检测与验证

小麦收获前穗发芽严重影响加工品质,来年种用价值以及产量.本研究利用万县白麦子/京411穗发芽重组自交系群体对已报道的第3染色体上有关穗发芽抗性分子标记XBarc321、XBarc310和XBarc57以及第4染色体上Xbarc170、Xgwm397和Xgwm269进行有效性检测,并在穗发芽抗性不同的40份地方品种以及推广品种中进一步验证,结果表明,小麦第3染色体上的分子标记XBarc321、XBarc310和XBarc57在穗发芽群体以及穗发芽抗性不同的品种中选择效应较大,尤其是XBarc321和XBarc310,证实该标记与穗发芽抗性紧密相关,而第4染色体上的分子标记在该群体中并没有显示与穗发芽相关.本研究结果为定位控制该群体中穗发芽抗性的QTL位点提供了重要信息.     

小麦穗发芽抗性机理与遗传研究

1987—1989年在人工模拟降雨室鉴定了123个小麦品种,发现不少白粒抗源;研究了13个品种的穗发芽率、籽粒发芽率、籽粒含水量、吸水速率和α-淀粉酶活性变化,认为抗穗发芽的主要机理是低α-淀粉酶活性和小的吸水速率;并用6个抗性不同品种的双列杂交,初步探讨了抗穗发芽性遗传,可能存在母体与子体抗性因子互作效应。     

我国小麦主推品种穗发芽抗性鉴定及相关分子标记的评价

为了培育抗穗发芽品种,对我国10个小麦主产省份的75个品种进行了穗发芽抗性鉴定,同时利用3个分子标记Vp1B3、Xbarc310和Barc294对上述品种进行了分子检测。结果表明,不同品种间穗发芽抗性存在明显差异。Vp1基因的等位变异与穗发芽抗性关系不密切,Vp1B3标记难以用于品种的穗发芽抗性筛选。主效QTL(QPhs-3AS)与种子休眠关系密切,Xbarc310和Barc294可作为穗发芽抗性选择的重要参考,且Barc294较Xbarc310的选择效果好。上述结果为抗穗发芽小麦品种的改良和推广提供了重要信息。     

异源细胞质对普通小麦穗发芽抗性影响的初步研究

采用种子发芽法和室内穗上发芽法,分析比较了不同异源细胞质对普通小麦及杂种F_1的穗发芽抗性的影响,结果表明:不同细胞质对穗发芽抗性表现出不同的遗传效应,在小麦抗穗发芽育种及杂种优势利用中有一定参考价值。     

以关联分析发掘小麦整穗发芽抗性基因分子标记

利用分布于小麦全基因组的181对分子标记,分析264份自然群体的基因型,采用TASSLE软件的GLM和MLM模型检测与整穗发芽抗性紧密关联的标记位点,发掘相关位点内的优异等位变异。在2012年和2013年室内整穗发芽率、2013年田间自然降雨整穗发芽率3个环境中,共关联到20个显著位点(P<0.05),分布于小麦染色体1AS、2DS、3AS、3BL、4AL、5AS、5BL、6BS、6DS、7AL和7BL上。分别位于2DS和7BL上的分子标记gwm102和barc340同时在3个环境下关联到,属于稳定的抗性位点; 另有6个标记位点同时在2个环境下关联到; 其余12个标记位点仅在1个环境下关联到。位于7BL上的barc340标记位点为一新报道位点。从重复关联的8个标记位点内共检测出10种优异等位变异。barc28-229bp和barc28-217bp对提高整穗发芽抗性效应最显著,主要分布在地方品种中(如遂宁坨坨麦等),而gwm102-142bp和barc186-199bp效应虽然相对较小,但多分布在推广品种中(如扬麦158等),有利于穗发芽抗性分子育种的直接应用。     

黄淮麦区(南片)小麦穗发芽抗性评价及其等位基因检测

为了解黄淮麦区(南片)当前小麦穗发芽抗性以及等位基因的分布情况,本研究以94份黄淮麦区(南片)小麦新品系为供试材料,利用种子发芽指数法对供试材料的穗发芽抗性进行评价,同时利用功能标记Vp1B3和Dorm-1对供试材料Vp1B和Dorm-B1位点等位基因进行检测。结果表明,供试材料发芽指数(GI)总体平均值为39.6%,标准差为18.08,变幅为9.62%～88.48%,这批供试材料的穗发芽抗性以中感型为主;在Vp1B位点,共检测到Vp1Ba和Vp1Bc两种等位基因,分布频率分别为64.89%和35.11%,携带等位基因Vp1Ba材料的发芽指数(GI)显著高于Vp1Bc等位基因(P<0.05),等位基因Vp1Bc与抗穗发芽相关,等位基因VP-1Ba与感穗发芽相关;在Dorm-B1位点,仅检测到Dorm-B1a等位基因,这批供试材料Dorm-B1位点的多态性较为单一。本研究能够为黄淮麦区(南片)小麦穗发芽分子改良提供参考信息。     

小麦抗穗发芽研究进展

穗发芽对小麦的生产、加工和消费等方面带来诸多不利影响。小麦穗发芽受自身与环境因素的影响,其中子粒本身的休眠特性和α-淀粉酶活性与穗发芽联系紧密。近年来,利用分子标记和比较基因组学等方法研究小麦穗发芽发展迅速,已鉴定出大量与穗发芽抗性相关的分子标记,并定位到不同的染色体上。本文从穗发芽的危害、抗性机制、抗性遗传等方面阐述了小麦抗穗发芽的研究进展,并对今后重点研究方向进行了展望,以期为小麦抗穗发芽育种提供理论参考。     

不同Wx蛋白缺失类型小麦穗发芽特性的初步研究

以11份Wx蛋白全部缺失类型（糯性），11份Wx蛋白部分缺失类型（非糯性）和大面积推广品种扬麦158、扬麦12（非糯性）为试验材料，以白皮品种豫麦47为穗发芽对照，研究了它们的穗发芽特性、α-淀粉酶活性和籽粒可溶性糖含量。结果表明，糯小麦的穗发芽率和籽粒可溶性糖含量均极显著高于非糯小麦，而α-淀粉酶活性与非糯小麦差异不显著。α-淀粉酶活性高是非糯小麦穗发芽的原因之一，两者呈指数关系，y=0.4145e^0.4864x(R²=0.3513*)；对于糯小麦，籽粒可溶性糖含量高可能是其穗发芽严重的诱导因素，两者亦呈指数关系，y=0.0001e^2.5599x(R²=0.5338**)。     

小麦穗发芽抗性的4个分子标记有效性检验

为筛选出适宜黄淮麦区和长江中下游麦区种植的抗穗发芽白粒小麦品种或种质资源,以36份黄淮麦区和长江中下游麦区的主要品种（系）及地方品种为研究对象,对已报道的4个与穗发芽抗性相关的分子标记：Vp1B3、Xgwm155、Xgwm269和Xbarc170进行有效性验证。测定参试材料种子萌发指数（GI）,并用上述4种标记进行PCR扩增,对扩增条带进行统计分析。结果表明,GI值显示,红粒品种（GI均值为5.1%）明显较白粒品种（GI均值为28.0%）低;4种标记扩增出的带型中仅Vp1B3的845 bp片段能有效地区分36份小麦品种(系);GI值筛选出6份抗穗发芽品种（系）中,其中3份为Vp1B3标记鉴定,可作为黄淮麦区和长江中下游麦区小麦穗发芽抗性育种中首选基因资源。     

四个小麦抗穗发芽分子抗性标记有效性的验证与评价

成熟期穗发芽是一种世界性灾害, 严重影响小麦品质和产量。本试验利用已报道的4个与穗发芽抗性相关的标记, 即STS标记MST101、STMS标记wmc104、QTL位点Xgwm155与Vp1B3, 结合穗发芽率分析,对95份中国小麦地方品种和历史品种的穗发芽抗性进行筛选, 旨在从中筛选出抗穗发芽品种, 并对这4个分子标记的有效性进行比较, 筛选出可用于种质资源筛选和分子标记辅助育种的高效分子标记。结果表明, Vp1B3和Xgwm155与穗发芽抗性相关, 而MST101和wmc104与穗发芽抗性无关。比较而言, Vp1B3更能有效地用于筛选穗发芽抗性品种, 但将Vp1B3和Xgwm155结合起来筛选抗穗发芽小麦品种, 会提高选择效率。     

小麦显性矮秆基因Rht3及其衍生系统抗穗萌特性研究

采用近等基因系法及成熟种子室内萌发试验研究了小麦显性矮秆基因Rht3及其衍生系统的抗穗萌特性,并对普通小麦13个显性、半显性、隐性矮秆基因的抗穗萌性能进行了评价。结果表明,Rht3基因及其株高提升的突变衍生系具有显著而稳定的抗穗萌特性。将Rht3基因回交导入不抗穗萌的普通小麦,受体品种成熟种子的a-淀粉酶活性降低了     

抗穗发芽2D/2H小大麦易位系的鉴定和应用研究

大麦2H染色体长臂上的Isa-H基因控制α-淀粉酶抑制蛋白的合成，减轻高α-淀粉酶活性对小麦穗发芽的不利影响。为了检测小大麦杂交后代中有无大麦Isa-H基因导入，利用染色体C-分带和原位杂交技术相结合对所创制的2H小大麦异附加系WBA9812和易位系WBT371进行了鉴定，以完整麦穗吸水保湿发芽法测定穗发芽的抗性，结合农艺性状观测，选育出具有抗穗发芽等优异特性的小大麦新种质。分析结果表明：WBT371是2D／2H易位系，抗小麦穗发芽。WBT371为进一步培育抗穗发芽小麦新品种创造了宝贵的种质资源。     

中国小麦品种穗发芽抗性差异的研究

利用收获时种子发芽率和面粉降落值法，于2000—2002年2个小麦种植年度，研究了黄淮、北部、长江中下游、西南冬麦区和东北春麦区1950年以来的781个主要推广品种和新品系的穗发芽抗性。结果表明，小麦穗发芽抗性测定值在年度间极显著或显著正相关，不同年代小麦品种的穗发芽抗性差异较大。1990年以来育成品种的穗发芽抗性与20世纪80年代相近，但明显弱于50、60以及70年代。黄淮、西南和春小麦3个麦区种子发芽率低于2%的高抗品种数分别占各自麦区供试总数的1.7%、4.5%和5.7%，而长江中下游和北部2个冬麦区的种子发芽率都在10%以上；东北春麦区品种的抗性较强，种子发芽率平均为11.2%。利用等电聚焦电泳从发芽率和降落值均偏低的品种中鉴定出异源2号、蜀万24、蜀万761、陕160、孟县4号、京411、京9428、鉴26、燕大1817、农大45、衡水6404、晋麦5号、8号、鄂麦14和克辉等15个携带迟熟α-淀粉酶基因的品种，分布在5个不同麦区。对这些品种及其亲本进行SSR分子标记分析，发现有些与其亲缘关系密切的品种，却不携带迟熟α-淀粉酶基因。上述结果说明，该基因在我国五大小麦产区均有分布，但具该基因的品种数量少，占供试品种数的1.9%，通过育种程序容易选择出不携带该基因的小麦品种。