章 珍，翟洪翠，王華忠

（天津師范大學(xué)a.生命科學(xué)學(xué)院，b.天津市細(xì)胞遺傳與分子調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387）

小麥株高性狀的QTL定位分析

章 珍，翟洪翠，王華忠

（天津師范大學(xué)a.生命科學(xué)學(xué)院，b.天津市細(xì)胞遺傳與分子調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387）

以國(guó)際小麥作圖組織的重組自交系群體W7984×Opata85為材料，在兩種不同試驗(yàn)環(huán)境（2009年天津東麗區(qū)、2009年天津西青區(qū)姚村）下，分析其親本及114個(gè)株系群體的株高，并利用QTL作圖軟件WinQTLCart2.5和區(qū)間作圖及復(fù)合區(qū)間作圖方法，對(duì)控制小麥株高性狀的QTL進(jìn)行定位.共檢測(cè)到4個(gè)與小麥株高相關(guān)的QTLs，分別位于1A，3D，4A和7A染色體上，其中位于3D染色體上的QTL貢獻(xiàn)最大，可以解釋株高變異的10.3%～14.8%.

普通小麥；株高；數(shù)量性狀位點(diǎn)；區(qū)間作圖

20世紀(jì)60—80年代，矮桿和半矮桿小麥品種的推廣，對(duì)全世界小麥產(chǎn)量的提高起到了關(guān)鍵作用.除受主效矮稈基因控制外，小麥株高性狀還表現(xiàn)為受多基因控制的數(shù)量性狀特征.部分小麥染色體存在決定小麥株高的數(shù)量性狀位點(diǎn)（Quantitative trait locus，QTL），對(duì)小麥產(chǎn)量有重要作用.Cadalen等［1］檢用Courtot與中國(guó)春雜交產(chǎn)生的DH群體，除了檢測(cè)到Courtot所含的Rht－B1b和Rht－D1b矮稈基因外，還檢測(cè)到控制株高的另外3個(gè)QTL和1個(gè)互作位點(diǎn)，這些QTL可以分別解釋11.9%～19.1%的表型變異.Keller等［2］利用普通小麥Forno和斯卑爾脫小麥Oberkulmer的重組自交系群體，在3個(gè)環(huán)境中檢測(cè)到分布于9條染色體上的11個(gè) QTLs，單個(gè) QTL可解釋7.9%～31.4%的表型變異，全部QTLs可解釋72.6%的表型變異.劉冬成等［3］發(fā)現(xiàn)7個(gè)影響株高的QTLs，分別位于染色體1B，4B（2個(gè)），6A（2個(gè)），6D和7A上，每個(gè)QTL能解釋5.2%～50.1%的表型變異.周淼平等［4］利用重組自交系檢測(cè)到4個(gè)影響小麥株高的QTLs，分別位于1D，2B，4A和4D染色體上，單個(gè)QTL能夠解釋10.3%～33.8%的表型變異，降低株高的效應(yīng)為3.2%～7.4%.王竹林等［5］利用SSR和AFLP分子標(biāo)記構(gòu)建連鎖圖，在3種試驗(yàn)環(huán)境下分析了百農(nóng)64×京雙16組合的218個(gè)株系群體株高，檢測(cè)到3個(gè)控制株高的QTLs，分別位于2B，4D和6A染色體上，貢獻(xiàn)率分別為7.3%～11.5%，7.4%～12.9%，5.7%～11.3%.影響株高的QTL很多，且各位點(diǎn)存在大量等位變異，當(dāng)選用不同遺傳材料進(jìn)行QTL分析時(shí)，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)不同的基因；株高性狀受基因型、環(huán)境以及基因型與環(huán)境互作的影響較大，各個(gè)位點(diǎn)受環(huán)境影響的程度是一個(gè)未知領(lǐng)域［4］；同時(shí)一些影響株高性狀的其它基因位點(diǎn)與該基因的多效性也處于研究階段［6］.因此，關(guān)于小麥株高的QTL定位還需要進(jìn)一步深入研究.

Opata85×W7984重組自交群體是國(guó)際小麥作圖組織用于構(gòu)建小麥連鎖圖的作圖群體，該群體的雙親遺傳差異大，分子標(biāo)記多態(tài)性頻率高，利用該群體繪制的小麥遺傳連鎖圖譜的分子標(biāo)記近千個(gè)，平均每條染色體上有40多個(gè)標(biāo)記，幾乎達(dá)到了飽和的程度.利用該群體已對(duì)小麥斑?。≒yrenophoratritici－repentis）［7］、小 麥 葉 銹 病 （Pucciniarecondite）［8］、小麥白粉?。˙lumeriagraminis）、小麥品質(zhì)和產(chǎn)量構(gòu)成因素等［9］許多重要的目標(biāo)性狀進(jìn)行了QTL作圖.本研究利用該作圖群體親本及114個(gè)重組自交系為材料定位影響株高性狀的QTL，豐富小麥株高遺傳基礎(chǔ)理論.

1 材料與方法

1.1 植物材料

國(guó)際小麥作圖組織（ITMI）的 Opata85×W7984重組自交系群體及親本由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供，其中Opata85為國(guó)際小麥玉米改良中心（CIMMYT）培育的春小麥品種，W7984是由硬粒小麥（Triticum durum）Altar84與粗山羊草（Ae.tarschii，DD基因組供體）CIGM86.940合成的雙二倍體，該群體共有114個(gè)株系用于本研究.

1.2 田間試驗(yàn)

2008年秋分別將上述株系和親本同時(shí)播種于天津東麗區(qū)（北緯39.16東經(jīng)117.35）及天津西青區(qū)姚村（北緯39.05東經(jīng)117.11）兩地，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，2次重復(fù)，單行區(qū)，行長(zhǎng)1m，行距0.3m，為防止邊際效應(yīng)，在四周播種對(duì)照小麥，按常規(guī)方法進(jìn)行田間管理，株高于2009年6月初小麥成熟期測(cè)量，分別測(cè)量東麗（Dongli，DL）和姚村（Yaocun，YC）兩個(gè)地點(diǎn)的數(shù)據(jù)，以每個(gè)株系3～5次重復(fù)的平均值作為該株系的表型值.

1.3 統(tǒng)計(jì)分析和QTL定位

利用SAS軟件對(duì)小麥株高鑒定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和正態(tài)性檢驗(yàn).

選取利用該重組自交系構(gòu)建的遺傳圖譜中的461個(gè)標(biāo)記用于QTL定位分析，標(biāo)記均勻分布在小麥18條染色體上（6A，6B和6D未考慮），覆蓋2 972.1cM，標(biāo)記間平均遺傳距離為6.45cM.不同標(biāo)記在Opata85×W7984重組自交系群體中的分離數(shù)據(jù)從grain genes網(wǎng)站獲得（http：／／wheat.pw.usda.gov）.

使用QTL作圖軟件winQTLCart 2.5，采用區(qū)間作圖法和復(fù)合區(qū)間作圖法對(duì)控制小麥株高的QTL進(jìn)行定位分析，以L(fǎng)OD值大于2.5作為QTL存在的閾值，顯著性水平為P＜0.05.

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥群體株高性狀的統(tǒng)計(jì)分析

在兩種不同的試驗(yàn)環(huán)境下，Opata85的平均株高為49.5cm，W7984的平均株高為74cm，雙親間相差24.5cm，差異達(dá)到極顯著水平.株系群體株高分析結(jié)果表明，株系間存在較大差異，其變異系數(shù)為12.7%～14.8%.利用SAS軟件對(duì)小麥株高性狀進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，表現(xiàn)為連續(xù)變異且超親分離現(xiàn)象明顯.群體中偏斜度值與峰度值的絕對(duì)值都小于1.0，基本上呈正態(tài)分布（圖1，表1），表明小麥株高性狀是受多基因控制的數(shù)量性狀，其分布符合QTL作圖對(duì)群體的要求.

圖1 小麥株高在群體中的分布Figure 1 Frequency of plant height in the mapping population of wheat

表1 小麥親本及重組自交系群體中的株高分布Table 1 Frequency of plant height in mapping population of parents and RILs（W7984×Opata85）

2.2 小麥株高的QTL定位

使用QTL作圖軟件WinQTLCart2.5，利用區(qū)間作圖法對(duì)控制小麥株高的QTL進(jìn)行定位分析，在DL環(huán)境生長(zhǎng)的小麥定位到顯著的QTL；而在YC環(huán)境定位到3個(gè)QTLs，分別位于1A，3D和4A染色體上（表2，圖2），其中位于1A和4A染色體上的QTL是來(lái)自于親本W(wǎng)7984的基因，而位于3D染色體上的QTL是來(lái)自于親本Opata85的基因且貢獻(xiàn)率最大，可解釋株高變異的14.8%.

表2 區(qū)間作圖法檢測(cè)小麥株高QTLs的結(jié)果Table 2 QTLs of plant height based on interval analysis

圖2 定位在小麥染色體上的株高QTLsFigure 2 QTLs for plant height in wheat chromosome

利用復(fù)合區(qū)間作圖法進(jìn)行株高QTL定位分析時(shí)，在DL環(huán)境定位到1個(gè)QTL，位于7A染色體上（表3，圖2），來(lái)自于親本Opata85，貢獻(xiàn)率為13.64%；在YC環(huán)境定位到1個(gè)QTL，位于3D染色體上（表3，圖2），來(lái)自于親本Opata85，貢獻(xiàn)率為10.3%.

3D染色體上的株高QTL在兩種環(huán)境中均能檢測(cè)到.兩種不同試驗(yàn)環(huán)境下也檢測(cè)出了不同的QTLs，表明這些檢測(cè)出的QTLs受環(huán)境的影響較大.

表3 復(fù)合區(qū)間作圖法檢測(cè)小麥株高QTLs的結(jié)果Table 3 QTLs of plant height based on composite interval analysis

3 討論

在YC環(huán)境生長(zhǎng)下的4A染色體上檢測(cè)到的QTL接近周淼平等［4］在4A染色體上所檢測(cè)到的QTL位點(diǎn)，在DL環(huán)境生長(zhǎng)下的7A染色體上檢測(cè)到的位點(diǎn)接近劉冬成等［3］在7A染色體上所檢測(cè)到的QTL位點(diǎn).上述2個(gè)QTLs位點(diǎn)，是不同研究者用不同材料在不同環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的控制株高的QTL位點(diǎn)，表明位于4A和7A染色體上控制株高的數(shù)量性狀位點(diǎn)穩(wěn)定可靠；而在YC環(huán)境生長(zhǎng)下的小麥檢測(cè)到位于1A和3D染色體上的QTLs可能是本研究中發(fā)現(xiàn)的新的控制小麥株高的QTL.

Snape等［10］和 Sears［11］的研究結(jié)果表明，小麥中21條染色體中的大部分都與株高的遺傳變異有關(guān)，而本研究中只檢測(cè)到4個(gè)與小麥株高有關(guān)的QTL，這4個(gè)QTLs所能解釋的株高變異只有10.3%～14.8%，說(shuō)明仍有部分QTL未能檢出.

具體來(lái)說(shuō)，在本研究中使用區(qū)間作圖在DL環(huán)境中未找到QTL，而使用復(fù)合區(qū)間作圖卻找到1個(gè)QTL；使用區(qū)間作圖在YC環(huán)境中找到3個(gè)QTLs，而使用復(fù)合區(qū)間作圖卻找到1個(gè)QTL.其原因可能在于區(qū)間作圖定位的QTL區(qū)間往往太寬，如果一個(gè)性狀在同一染色體上有多個(gè)QTL存在時(shí)常常會(huì)標(biāo)錯(cuò)QTL的位置，致使QTL定位不準(zhǔn)確甚至出錯(cuò)誤，由此可以看出復(fù)合區(qū)間作圖更加精細(xì)和準(zhǔn)確.另外，某一特定性狀的QTL在同一連鎖群的分布及數(shù)量是影響QTL定位精確度的又一主要因素.如果某一性狀在某一連鎖群上只有一個(gè)QTL，該QTL剛好處在某一標(biāo)記座位上，且與標(biāo)記表現(xiàn)為完全共分離，那么各種作圖方法做出的結(jié)果差別不大；相反，如果同一連鎖群上有多個(gè)QTL，則不同作圖方法的結(jié)果會(huì)有很大的差別［12］.由此可知，本研究檢測(cè)到的位于3D染色體上的QTL分布比較單一.再者，QTL之間的互作效應(yīng)也是影響QTL檢測(cè)及定位精確性的一個(gè)因素［12］.如果QTL之間存在連鎖或上位性，不同作圖群體、不同作圖方法做出的結(jié)果會(huì)差別很大.用于QTL定位的群體概括起來(lái)分為：初級(jí)群體（F2，BCl，RIL，DH等），次級(jí)群體（NILs，ILs，CSSLs等），高級(jí)群體（SSSLs等）.本研究所選的是初級(jí)群體，由于遺傳背景的干擾，用初級(jí)群體很難檢測(cè)出效應(yīng)小的QTL［13］.雖然在作圖方法上盡量對(duì)遺傳背景噪音進(jìn)行了控制，但仍存在局限性.理論上講，作圖群體越大，等位基因分離越徹底，檢出QTL的能力就越強(qiáng)，但是在前人研究［14］和本研究中并不是如此.另外，不同群體所用的親本的親緣關(guān)系不同，基因型差異大小不一致，株高性狀潛在的QTL數(shù)目不一樣，因此檢出的QTL數(shù)目也會(huì)有差異.

由于基因型和環(huán)境的互作導(dǎo)致許多控制數(shù)量性狀的QTL在不同的環(huán)境下表達(dá)水平不一致，也就是說(shuō)，環(huán)境條件影響QTL檢測(cè)：受環(huán)境影響小的QTL，在多個(gè)環(huán)境中均可被檢測(cè)出，而受環(huán)境影響大的QTL在有的環(huán)境中未被檢測(cè)出，在另外的環(huán)境中則能被檢測(cè)出.正如本研究的結(jié)果所示，可能是由于株高性狀受環(huán)境條件的影響較大，導(dǎo)致兩個(gè)環(huán)境條件下檢測(cè)到的QTL有所不同.

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QTL mapping for plant height of wheat

ZHANGZhen，ZHAIHongcui，WANGHuazhong
（a.College of Life Science，b.Tianjin Key Laboratory of Cyto－Genetical and Molecular Regulation，Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China）

A population of 114RILs lines from the cross of W7984×Opata85was used for wheat plant height genetic analysis and QTL mapping.The genetic linkage map was based on the 461segregation markers in this population published online.With the QTL mapping software WinQTLCart2.5and the methods of interval mapping and composite interval mapping，4putative QTLs related to plant height were detected in this population and respectively located on chromosomes 1A，3D，4Aand 7A.The largest contributive locus was identified on chromosome 3D，accounting for 10.3%—14.8%plant height phenotypic variation.

common wheat；plant height；QTL；interval mapping

Q943

A

1671－1114（2011）02－0073－04

2010－10－11

天津市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（08JCYBJC5000）；天津市高等學(xué)?？萍及l(fā)展基金資助項(xiàng)目（20070916）

章 珍（1982—），女，碩士研究生.

王華忠（1976—），男，副教授，博士，主要從事植物遺傳學(xué)方面的研究.

（責(zé)任編校 紀(jì)翠榮）