小麥容重QTL定位

王霖等

摘 要：

為定位控制小麥容重的QTL位點，并獲得與重要位點連鎖的分子標記，以含有 302個家系的重組自交系群體（RIL）WL為材料，在3個環境中，用完備區間作圖軟件IciMapping v3.0對小麥容重QTL進行定位分析。共檢測到14個控制容重的加性QTL位點，分別位于1B、2A、4A、4B、5B、6B、7A和7B染色體上，單個QTL可解釋籽粒容重變異的 3.63%～16.15%。其中，QTw-WL-4A和QTw-WL-7B.2 均可在E2和平均環境中被檢測到，可分別解釋籽粒容重變異的4.86%、3.83%和11.81%、5.57%。其中，有4個在單個環境中可以解釋超過10%的表型變異。增效位點有的來源于父本，有的來源于母本。

關鍵詞：小麥；重組自交系；容重；QTL

中圖分類號：Q343.1+7+S512.1 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2014）04-0024-05

小麥容重是指單位容積內小麥的重量。由于胚乳的比重大于皮層，所以小麥容重高時胚乳含量就多，皮層含量就少，出粉率就高。研究認為容重和烘烤品質呈正相關關系[1]，是反映小麥質量的重要指標，是小麥收購和市場交易的最重要指標，是定價的最主要依據。我國和美國、加拿大、澳大利亞等世界各小麥主產國的小麥質量標準中，容重都被列為質量標準的首位。容重是受多基因控制的數量性狀，它是籽粒大小、質量、形狀、整齊度、腹溝深淺、胚乳質地、出粉率等性狀和特征的綜合反映，受環境的影響較大，在早代對其進行選擇的可靠性較差[2，3]。因此進行容重的QTL定位分析，對于了解容重形成的遺傳基礎和進行分子標記輔助選擇（MAS）育種具有重要意義[4，5]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與田間種植

兩個親本濰麥8號、洛旱2號分別由濰坊市農業科學院和洛陽市農業科學研究院選育而成，由二者雜交創建的含有302個家系的重組自交系群體（RIL，F8∶9，簡稱WL）由國家小麥改良中心泰安分中心提供。

重組自交系群體及其雙親于2008-2009年度種植于山東農業大學農學院實驗農場 （環境1，簡稱E1），2009-2010年度分別種植在山東農業大學農學院實驗農場 （環境2，簡稱E2）和濟寧市農業科學研究院試驗農場（環境3，簡稱E3）。3個環境下均不設重復，家系間隨機排列。每個家系種植2行，行長2 m，每行勻播50粒，行距30 cm，株距4 cm。栽培管理同一般大田。

1.2 DNA提取及分子標記檢測

雙親及WL群體基因組DNA提取采用CTAB法（略有改動）[6]。共選用3 123對小麥基因組SSR、EST-SSR、ISSR、RAPD、STS和SRAP引物進行雙親間的多態性篩選，共篩選出343對引物，其中多位點引物有74對（53、17對和3對引物分別擴增出2、3個和4個多態性位點）。引物序列及其相關信息通過參考文獻和GrainGenes2.0 網站（http：//whea.pw.usda.gov/GG2/index.shtm1）獲得。所有引物由上海生工生物工程技術服務有限公司合成。

擴增反應在TaKaRa PCR thermal cycler上進行，PCR反應總體積為 25 μL。反應體系的組成為：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引物為3.4 μL），模板DNA（80 ng/μL）2.5 μL。擴增程序為降落PCR（Touchdown PCR），即 94℃預變性4 min，接著完成15個循環的復性溫度降落程序，94℃變性45 s、65℃復性50 s（每個循環降低1℃）和72℃延伸55 s；最后完成30個循環的普通PCR程序，擴增結束后10℃保存。擴增產物按5∶1體積比加入溴酚藍混合均勻，在6%聚丙烯酰胺非變性凝膠（39∶1）上穩壓（120 V）電泳，固定、銀染、顯影、定影，然后用Tanon Gis-2010型凝膠成像系統照相觀察，記載帶型。

1.3 表型性狀調查和分析

小麥完熟后單個家系所有單株混合脫粒，充分混合后用 200 mL量筒量取200 mL籽粒，稱重，折算成每升重量（g）。采用SPSS 13.0 軟件分別對3個環境下的表型數據進行正態分布分析。

1.4 遺傳圖譜構建和QTL分析

連鎖圖譜構建參考Wang等[7]的方法。采用MapMaker/EXP 3.0軟件構圖。首先，根據在GrainGenes 2.0（http：//wheat.pw.usda.gov/GG2/index.shtml）公布的位點信息和中國春缺體-四體定位的信息，用“ANCHOR”命令在每個染色體上分散錨定若干位點；然后在LOD值為3.0的條件下用“ASSIGN”命令將剩余的標記分別進行染色體分配；最后用JoinMap v3.0（http：//www.joinmap.nl）構建遺傳連鎖圖譜。采用完備區間作圖軟件IciMapping v3.0 （http：//www.isbreeding.net/）進行QTL定位分析。LOD閾值設定為 2.5，步長為1 cM，進行1 000次置換檢測。三個環境下的表型數據以及其平均值（P）分別用作QTL定位分析。

2 結果與分析

2.1 遺傳連鎖圖譜

共計348個位點被定位在連鎖圖譜上，分布在23個連鎖群上，包括了小麥的21條染色體（4D和6D各包含 1個連鎖斷點）。整個染色體基因組全長3 132.2 cM，標記間的平均遺傳距離為 9.0 cM 。A、B和D 3個染色體基組的遺傳長度分別是 1 086.1、1 170.8 cM 和 875.2 cM，差別較大，而且標記位點數在3個染色體基組間的分布也不均勻，B基組的標記數為154個，是 D 基組的 2.3倍。單個染色體上的標記數目相差亦非常明顯，7B染色體上標記數最多，達 47個，而3D上只有2個（表1）。

2.2 RIL 群體及其親本表型變異

在3個環境中洛旱2號的容重顯著高于濰麥8號。RIL群體的平均值高于雙親平均值，表現為傾高親遺傳。3個環境中，容重的偏度系數的絕對值均小于1，除E3環境中峰度系數大于1外，其它兩個環境峰度的絕對值均小于1，表現連續變異，且頻數分布符合正態分布，變異系數為10.1%～21.2%（表2）。

2.3 利用完備區間作圖法檢測到的容重QTL

通過分析，共定位了14個容重的加性QTL（表3，圖1），分別位于1B、2A、4A、4B、5B、6B、7A

和7B染色體上，單個QTL可解釋3.63%～16.15%的表型變異。其中，QTw-WL-4A和QTw-WL-7B.2均可在E2和P中被同時檢測到，分別解釋容重的4.86%、3.83%和11.81%、5.57%表型變異，其增效基因均來自于濰麥8號。其余的12個加性QTL均只能在一個環境或平均值中被檢測到，其中QTw-WL-6B.3的LOD值為6.70，加性效應為6.22，可解釋高達15.09% 的表型變異，增效基因來源于濰麥8號；QTw-WL-5B的LOD值為2.88，加性效應為6.38，可解釋超過10.68%的表型變異，增效基因來源于洛旱2號，二者均為主效QTL。

從表3中可以看出，3個環境中檢測到的QTL數量差異較大，在E1環境中有5個QTL被檢測到，而在E3環境中只檢測到2個容重QTL，且在E3環境中檢測到的QTL與E1環境中的不相同，這表明基因的表達受環境條件的影響，這在QTL水平上表明基因與環境之間存在互作。

3 結論與討論

本研究定位的控制容重的QTw-WL-2A位點與Houshmand等（2008）[8]報道的位于2AS染色體上的容重QTL具有相同的連鎖標記Xbarc010，推測它們可能是相同的QTL。在染色體4B上，張業倫（2008）[9]檢測到 1個控制容重的 QTL，Houshmand等（2008）[8]檢測到了一個在 7個環境中能被重復檢測到的容重QTL。在7B染色體上，Sun等（2009）[10]在Xswes624d～Xwmc517區間，Houshmand等（2008）[8]在Xbarc172～Xgwm537區間都檢測到一個控制容重的QTL。在染色體1B上，McCartney等（2006）[11]檢測到一個容重QTL。Sun等（2009）[10]在4A染色體上檢測到一個容重QTL，在6B染色體上檢測到一個在3個環境中能被重復檢測到的容重QTL。張業綸（2008）[9]在5B和7A染色體上分別定位了一個控制容重的 QTL。本研究在以上相應的染色體上定位到了容重QTL，但由于群體遺傳背景、遺傳圖譜所用分子標記不同以及環境因素的影響，沒有發現共同的分子標記，因此不能確定這些QTL是否與本研究在相同染色體上檢測到的QTL相同。

在檢測到的14個QTL中，9個增效QTL來自于高親本洛旱2號，有5個來自于低親本濰麥8號，這說明低親本中同樣含有有益于目標性狀的基因。在品種選育過程中，更應該注意這類基因的選擇，因為含有這類基因的親本在親本組配過程中很少受到利用，但事實上這類基因使生物的多樣性更加豐富，更有利于選育出突破性的品種。因此，利用QTL定位，充分挖掘作物的優良基因，并進行分子標記輔助選擇，是選育優良作物品種的一條重要途徑。

容重是小麥最重要的商品性指標，對小麥的品質有重要的影響，但易受多種因素的影響，通過QTL定位分析，比較不同的研究結果，發現不同遺傳背景和環境條件下穩定表達的QTL，對分子標記育種具有很好的應用價值。因此，創建具有不同遺傳背景的遺傳群體，構建能有效進行精細定位的遺傳群體，再進行多年多環境試驗，對于尋找與容重緊密相連的分子標記，對小麥容重分子標記輔助育種具有十分重要的意義。

參 考 文 獻：

[1]

司建中. 小麥水分含量對容重及硬度的影響[J]. 糧食儲藏，2011，40（5）：47-49.

[2] 張華文，田紀春，劉艷玲. 小麥品種間籽粒品質性狀表現及其相關性分析[J]. 山東農業科學，2004（6）：10-12.

[3] 王霖，郭新平，姬廣臣，等. 小麥面粉白度配合力及其與主要品質性狀的相關分析[J].麥類作物學報，2006，26（1）：62-65.

[4] 張桂芝，李斯深. “M8008×煙農15”F2∶3群體株高QTL的檢測[J].山東農業科學， 2011（11）：1-4.

[5] 張坤普，徐憲斌，田紀春. 小麥籽粒產量及穗部相關性狀的QTL定位[J]. 作物學報，2009，5（2）：270-278.

2.2 RIL 群體及其親本表型變異

在3個環境中洛旱2號的容重顯著高于濰麥8號。RIL群體的平均值高于雙親平均值，表現為傾高親遺傳。3個環境中，容重的偏度系數的絕對值均小于1，除E3環境中峰度系數大于1外，其它兩個環境峰度的絕對值均小于1，表現連續變異，且頻數分布符合正態分布，變異系數為10.1%～21.2%（表2）。

2.3 利用完備區間作圖法檢測到的容重QTL

通過分析，共定位了14個容重的加性QTL（表3，圖1），分別位于1B、2A、4A、4B、5B、6B、7A

和7B染色體上，單個QTL可解釋3.63%～16.15%的表型變異。其中，QTw-WL-4A和QTw-WL-7B.2均可在E2和P中被同時檢測到，分別解釋容重的4.86%、3.83%和11.81%、5.57%表型變異，其增效基因均來自于濰麥8號。其余的12個加性QTL均只能在一個環境或平均值中被檢測到，其中QTw-WL-6B.3的LOD值為6.70，加性效應為6.22，可解釋高達15.09% 的表型變異，增效基因來源于濰麥8號；QTw-WL-5B的LOD值為2.88，加性效應為6.38，可解釋超過10.68%的表型變異，增效基因來源于洛旱2號，二者均為主效QTL。

從表3中可以看出，3個環境中檢測到的QTL數量差異較大，在E1環境中有5個QTL被檢測到，而在E3環境中只檢測到2個容重QTL，且在E3環境中檢測到的QTL與E1環境中的不相同，這表明基因的表達受環境條件的影響，這在QTL水平上表明基因與環境之間存在互作。

3 結論與討論

本研究定位的控制容重的QTw-WL-2A位點與Houshmand等（2008）[8]報道的位于2AS染色體上的容重QTL具有相同的連鎖標記Xbarc010，推測它們可能是相同的QTL。在染色體4B上，張業倫（2008）[9]檢測到 1個控制容重的 QTL，Houshmand等（2008）[8]檢測到了一個在 7個環境中能被重復檢測到的容重QTL。在7B染色體上，Sun等（2009）[10]在Xswes624d～Xwmc517區間，Houshmand等（2008）[8]在Xbarc172～Xgwm537區間都檢測到一個控制容重的QTL。在染色體1B上，McCartney等（2006）[11]檢測到一個容重QTL。Sun等（2009）[10]在4A染色體上檢測到一個容重QTL，在6B染色體上檢測到一個在3個環境中能被重復檢測到的容重QTL。張業綸（2008）[9]在5B和7A染色體上分別定位了一個控制容重的 QTL。本研究在以上相應的染色體上定位到了容重QTL，但由于群體遺傳背景、遺傳圖譜所用分子標記不同以及環境因素的影響，沒有發現共同的分子標記，因此不能確定這些QTL是否與本研究在相同染色體上檢測到的QTL相同。

在檢測到的14個QTL中，9個增效QTL來自于高親本洛旱2號，有5個來自于低親本濰麥8號，這說明低親本中同樣含有有益于目標性狀的基因。在品種選育過程中，更應該注意這類基因的選擇，因為含有這類基因的親本在親本組配過程中很少受到利用，但事實上這類基因使生物的多樣性更加豐富，更有利于選育出突破性的品種。因此，利用QTL定位，充分挖掘作物的優良基因，并進行分子標記輔助選擇，是選育優良作物品種的一條重要途徑。

容重是小麥最重要的商品性指標，對小麥的品質有重要的影響，但易受多種因素的影響，通過QTL定位分析，比較不同的研究結果，發現不同遺傳背景和環境條件下穩定表達的QTL，對分子標記育種具有很好的應用價值。因此，創建具有不同遺傳背景的遺傳群體，構建能有效進行精細定位的遺傳群體，再進行多年多環境試驗，對于尋找與容重緊密相連的分子標記，對小麥容重分子標記輔助育種具有十分重要的意義。

參 考 文 獻：

[1]

司建中. 小麥水分含量對容重及硬度的影響[J]. 糧食儲藏，2011，40（5）：47-49.

[2] 張華文，田紀春，劉艷玲. 小麥品種間籽粒品質性狀表現及其相關性分析[J]. 山東農業科學，2004（6）：10-12.

[3] 王霖，郭新平，姬廣臣，等. 小麥面粉白度配合力及其與主要品質性狀的相關分析[J].麥類作物學報，2006，26（1）：62-65.

[4] 張桂芝，李斯深. “M8008×煙農15”F2∶3群體株高QTL的檢測[J].山東農業科學， 2011（11）：1-4.

[5] 張坤普，徐憲斌，田紀春. 小麥籽粒產量及穗部相關性狀的QTL定位[J]. 作物學報，2009，5（2）：270-278.

2.2 RIL 群體及其親本表型變異

在3個環境中洛旱2號的容重顯著高于濰麥8號。RIL群體的平均值高于雙親平均值，表現為傾高親遺傳。3個環境中，容重的偏度系數的絕對值均小于1，除E3環境中峰度系數大于1外，其它兩個環境峰度的絕對值均小于1，表現連續變異，且頻數分布符合正態分布，變異系數為10.1%～21.2%（表2）。

2.3 利用完備區間作圖法檢測到的容重QTL

通過分析，共定位了14個容重的加性QTL（表3，圖1），分別位于1B、2A、4A、4B、5B、6B、7A

和7B染色體上，單個QTL可解釋3.63%～16.15%的表型變異。其中，QTw-WL-4A和QTw-WL-7B.2均可在E2和P中被同時檢測到，分別解釋容重的4.86%、3.83%和11.81%、5.57%表型變異，其增效基因均來自于濰麥8號。其余的12個加性QTL均只能在一個環境或平均值中被檢測到，其中QTw-WL-6B.3的LOD值為6.70，加性效應為6.22，可解釋高達15.09% 的表型變異，增效基因來源于濰麥8號；QTw-WL-5B的LOD值為2.88，加性效應為6.38，可解釋超過10.68%的表型變異，增效基因來源于洛旱2號，二者均為主效QTL。

從表3中可以看出，3個環境中檢測到的QTL數量差異較大，在E1環境中有5個QTL被檢測到，而在E3環境中只檢測到2個容重QTL，且在E3環境中檢測到的QTL與E1環境中的不相同，這表明基因的表達受環境條件的影響，這在QTL水平上表明基因與環境之間存在互作。

3 結論與討論

本研究定位的控制容重的QTw-WL-2A位點與Houshmand等（2008）[8]報道的位于2AS染色體上的容重QTL具有相同的連鎖標記Xbarc010，推測它們可能是相同的QTL。在染色體4B上，張業倫（2008）[9]檢測到 1個控制容重的 QTL，Houshmand等（2008）[8]檢測到了一個在 7個環境中能被重復檢測到的容重QTL。在7B染色體上，Sun等（2009）[10]在Xswes624d～Xwmc517區間，Houshmand等（2008）[8]在Xbarc172～Xgwm537區間都檢測到一個控制容重的QTL。在染色體1B上，McCartney等（2006）[11]檢測到一個容重QTL。Sun等（2009）[10]在4A染色體上檢測到一個容重QTL，在6B染色體上檢測到一個在3個環境中能被重復檢測到的容重QTL。張業綸（2008）[9]在5B和7A染色體上分別定位了一個控制容重的 QTL。本研究在以上相應的染色體上定位到了容重QTL，但由于群體遺傳背景、遺傳圖譜所用分子標記不同以及環境因素的影響，沒有發現共同的分子標記，因此不能確定這些QTL是否與本研究在相同染色體上檢測到的QTL相同。

在檢測到的14個QTL中，9個增效QTL來自于高親本洛旱2號，有5個來自于低親本濰麥8號，這說明低親本中同樣含有有益于目標性狀的基因。在品種選育過程中，更應該注意這類基因的選擇，因為含有這類基因的親本在親本組配過程中很少受到利用，但事實上這類基因使生物的多樣性更加豐富，更有利于選育出突破性的品種。因此，利用QTL定位，充分挖掘作物的優良基因，并進行分子標記輔助選擇，是選育優良作物品種的一條重要途徑。

容重是小麥最重要的商品性指標，對小麥的品質有重要的影響，但易受多種因素的影響，通過QTL定位分析，比較不同的研究結果，發現不同遺傳背景和環境條件下穩定表達的QTL，對分子標記育種具有很好的應用價值。因此，創建具有不同遺傳背景的遺傳群體，構建能有效進行精細定位的遺傳群體，再進行多年多環境試驗，對于尋找與容重緊密相連的分子標記，對小麥容重分子標記輔助育種具有十分重要的意義。

參 考 文 獻：

[1]

司建中. 小麥水分含量對容重及硬度的影響[J]. 糧食儲藏，2011，40（5）：47-49.

[2] 張華文，田紀春，劉艷玲. 小麥品種間籽粒品質性狀表現及其相關性分析[J]. 山東農業科學，2004（6）：10-12.

[3] 王霖，郭新平，姬廣臣，等. 小麥面粉白度配合力及其與主要品質性狀的相關分析[J].麥類作物學報，2006，26（1）：62-65.

[4] 張桂芝，李斯深. “M8008×煙農15”F2∶3群體株高QTL的檢測[J].山東農業科學， 2011（11）：1-4.

[5] 張坤普，徐憲斌，田紀春. 小麥籽粒產量及穗部相關性狀的QTL定位[J]. 作物學報，2009，5（2）：270-278.