人工合成六倍體小麥SHW-L1生長后期紫色莖葉的遺傳定位

耿小紅， 武艷芍， 余 馬

(1.運城農業職業技術學院，山西運城 044000； 2.西南科技大學生命科學與工程學院，四川綿陽 621010)

人工合成六倍體小麥SHW-L1生長后期紫色莖葉的遺傳定位

耿小紅1， 武艷芍1， 余 馬2

(1.運城農業職業技術學院，山西運城 044000； 2.西南科技大學生命科學與工程學院，四川綿陽 621010)

小麥花青素苷色素基因對小麥抗性提升意義重大。以170份重組自交系群體為材料，并利用已構建的高密度遺傳圖譜對人工合成六倍體小麥SHW-L1的生長后期紫色莖葉目標性狀進行遺傳定位。結果表明，該目標性狀為單基因遺傳，且被定位于染色體7D，與Rc-D1、Pls-D1、Plb-D1、Pan-D1等基因毗鄰或具有等位性。

人工合成小麥；生長后期；紫色莖葉；遺傳定位

花青素苷色素對生物脅迫和非生物脅迫都具有廣譜性防御，花青素苷色素還對心血管疾病療效顯著，且表現較好的抗癌和抗炎活性，具有很高的藥用價值。這使得植物中花青素苷生物合成途徑研究極為廣泛，并被認為是最好的次生代謝途徑模式之一[1]。目前，玉米、擬南芥、金魚草及牽牛花等模式植物中與花青素苷合成相關調控及結構基因都已被識別，并為普通小麥等具有復雜基因組的栽培物種提供了同源克隆基礎[2]。普通小麥中花青素苷色素累積會產生紅色或紫色的胚芽鞘及葉耳，藍色淀粉，紫色莖稈、葉片葉鞘等器官。因此，研究具有顏色特異性的種質資源，以發掘到優異的小麥花青素苷色素基因對小麥抗性提升意義重大。

普通小麥(AABBDD)是由四倍體小麥(AABB)和節節麥(DD)雜交后產生的異源六倍體物種。作為普通小麥的D基因組供體物種，節節麥(Aegilopstauschii)分布廣泛，其分布范圍從土耳其一直延伸至中國。如此廣闊的分布亦表明節節麥豐富的遺傳多樣性。因此，利用節節麥創制新的六倍體小麥對小麥在世界范圍內的適應性提升非常重要。本研究通過對以人工合成小麥和四川審定品種為親本構建的重組自交系群體及其親本為材料，同時利用已構建圖譜對該群體生長后期紫色植株顏色進行質量性狀定位，以發掘到小麥莖葉中花青素色素沉積的關鍵位點。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究采用的試驗材料為170份重組自交系群體(SHW-L1×川麥32，簡稱SC群體)。該群體親本SHW-L1系人工合成六倍體小麥，為節節麥AS60(Ae.tauschiissp.tauschii，DD，2n=14)與我國特有圓錐小麥AS2255(Triticumturgidumssp.turgidum，AABB，2n=28)雜交后，F1后代經秋水仙堿染色體加倍處理所得[3]。川麥32為四川省主要主推品種，本研究所有材料均由四川農業大學小麥研究所提供。

1.2 試驗實施

170份重組自交系群體、親本SHW-L1及川麥32以及SHW-L1合成親本AS60及AS2255于2012—2013年種植于四川農業大學溫江校區試驗農場。田間設計采用單粒播種，種植行長1.5 m，單株間距0.1 m，行間距0.3 m，每株系種植3行，常規肥水管理及病蟲害防治。

1.3 表型鑒定

待植株進入成熟期后，莖葉及麥穗變黃以前，定期觀察植株莖稈、葉片、葉鞘顏色。表型與SHW-L1一致的群體株系記為A，與川麥32一致的群體株系記為B。

1.4 標記-性狀連鎖分析

方差分析采用SPSS 16.0分析軟件。SC群體遺傳連鎖圖譜數據及各株系基因型數據來源于四川農業大學小麥研究所研究結果[4]。SC群體遺傳圖譜共包括1 862個標記位點，全長3 766.9 cM，平均標記密度為每個位點2 cM。因Mapmaker/EXP軟件不能處理高通量的高密度圖譜數據，故目標性狀基因染色體定位采用Joinmap分析軟件對圖譜標記位點及目標性狀進行群體劃分，以識別到和目標性狀連鎖緊密的標記位點連鎖群。目標性狀在該連鎖群的遺傳定位采用Mapmaker/EXP 3.0軟件分析。

1.5 目標性狀緊密關聯位點的親本驗證

利用與目標性狀關聯緊密的遺傳位點(遺傳距離小于 10 cM)對群體親本SHW-L1，以及SHW-L1的合成親本AS60及AS2255進行基因型鑒定，驗證各目的條帶在SHW-L1人工合成過程中的穩定性。

2 結果與分析

2.1 表型比較

當灌漿期結束后，SC群體株系及親本SHW-L1與川麥32莖葉顏色差異明顯。SHW-L1灌漿期結束后，未被葉鞘包被的莖稈、葉片及葉鞘都由綠色漸變成紫色(圖1-a、圖1-b)，最后全株變成紫色后直至成熟后期而全株枯黃。川麥32則在成熟后期直接由綠色轉為枯黃(圖1-c)。SHW-L1的A、B基因組供體親本AS2255與川麥32表型一致，D基因組供體親本AS60與SHW-L1表型一致(圖1-d)。170份重組自交系群體中，93個株系與SHW-L1表型一致，剩余77份自交系與川麥32表型一致。卡方檢驗結果表明，植株生長后期莖葉顏色在SC重組自交系群體中分離比例為 1 ∶1，復合單基因遺傳分離模式(表1)。

表1 RIL群體中胚芽鞘顏色方差分析

2.2 染色體定位

小麥生長后期莖葉顏色的染色體定位分析中，目標性狀被劃分到7D染色體所在連鎖群。該位點與7D染色體上99.4～117.9 cM區段內17個標記位點最為緊密，遺傳距離小于10 cM(圖2)。

2.3 基因型鑒定

與目標性狀緊密關聯的連鎖區段中共包含2個SSR分子標記位點(cfd14、wmc653)以及15個DArT位點。利用以上位點對人工合成小麥SHW-L1及其合成親本進行基因型鑒定分析，結果表明，17個位點中，6個位點分別為 wPt-663809、wPt-744635、wPt-743857、wPt-743310、wPt-742859、wPt-9905，在異源六倍化過程中不符合孟德爾遺傳規律。其中wPt-663809、wPt-744635、wPt-743857、wPt-743310、wPt-742859在AS60中都被檢測到，但未在SHW-L1中檢測到。wPt-9905則在SHW-L1、AS60及AS2255中都被檢測到。其余9個位點在異源六倍化過程中按孟德爾遺傳規律進行傳遞。

3 討論

引起植物變色的花青素合成途徑(ABP)是整個類黃酮合成途徑網絡分支之一[1]。目前在小麥植株各部位表達的花青素色素合成相關基因大多已被發掘，且被定位到染色體上，如位于7號染色體同源群的紅色胚芽鞘基因Rc-A1、Rc-B1和Rc-D1[5]，及與該3個基因毗鄰的紫色胚芽鞘基因Pc-A1、Pc-B1、Pc-D1；紫色葉鞘基因Pls-A1、Pls-B1、Pls-D1；紫色葉片基因Plb-A1，Plb-B1、Plb-D1；紫色花藥相關基因Pan-A1、Pan-D1。此外，2個紫色果皮相關基因還被定位于染色體2A(Pp3)、7B(Pp1)上[6-7]。4個紅色葉耳相關基因被定位于染色體4B、6B、7A、7D上[8-9]。從物種高冰草(Thynopirumponticum)、百薩偃麥草(Thinopyrumbessarabicum)、一粒小麥(Triticummonococcum)、野生一粒小麥(T.boeoticum)中發掘到的藍色糊粉粒相關基因(Ba基因)則通過置換或基因導入的形式被引入到4號染色體同源群內[10-11]。

本研究發現，人工合成小麥SHW-L1只在生長后期莖葉才變為紫色，與前人報道全生育期紫色葉鞘、莖稈、葉片有差異。目標性狀收集中，紫色莖稈、葉片及葉鞘在SC群體中尚未出現分離，因此記錄為一個性狀。該目標性狀在SC群體中為單基因遺傳，且被定為于染色體7D上。筆者在該位點附近也定位了來源于SHW-L1的紫色胚芽鞘相關基因。該基因與Rc-D1具有等位性，本研究定位目標性狀基因極有可能與紫色葉鞘基因Pls-D1或紫色葉片基因Plb-D1具有等位性。該性狀是未被報道的新性狀，也可能是一個新基因。本研究發現被葉鞘包被的莖稈在生長后期并未變成紫色，因此，該基因表達可能與生長階段及光照等環境有關。因SC群體是一個初步定位群體，該目標基因與7D染色體上Rc-D1、Pls-D1、Plb-D1、Pan-D1等基因的等位性還有待進一步精細化定位驗證。對目標性狀周圍位點進行SHW-L1及其親本的基因型驗證中，該區段有位點缺失現象，研究該基因在異源六倍化過程中的序列及功能表達變化非常必要。

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10.15889/j.issn.1002-1302.2017.02.009

2015-12-08

四川省育種攻關(編號：2011NZ0098-12-11)；西南科技大學博士基金(編號：13ZX7155)。

耿小紅(1969—)，女，山西運城人，碩士，講師，主要從事作物遺傳育種教學與研究。E-mail：gengxiaohong126@126.com。

S512.103.2

A

1002-1302(2017)02-0036-02

耿小紅，武艷芍，余 馬. 人工合成六倍體小麥SHW-L1生長后期紫色莖葉的遺傳定位[J]. 江蘇農業科學，2017，45(2)：36-38.