耿小紅， 武艷芍， 余 馬

(1.運(yùn)城農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西運(yùn)城 044000； 2.西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川綿陽(yáng) 621010)

人工合成六倍體小麥SHW-L1生長(zhǎng)后期紫色莖葉的遺傳定位

耿小紅1， 武艷芍1， 余 馬2

(1.運(yùn)城農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西運(yùn)城 044000； 2.西南科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川綿陽(yáng) 621010)

小麥花青素苷色素基因?qū)π←溈剐蕴嵘饬x重大。以170份重組自交系群體為材料，并利用已構(gòu)建的高密度遺傳圖譜對(duì)人工合成六倍體小麥SHW-L1的生長(zhǎng)后期紫色莖葉目標(biāo)性狀進(jìn)行遺傳定位。結(jié)果表明，該目標(biāo)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(zhǎng)后期；紫色莖葉；遺傳定位

花青素苷色素對(duì)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(duì)心血管疾病療效顯著，且表現(xiàn)較好的抗癌和抗炎活性，具有很高的藥用價(jià)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(rèn)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?；ǖ饶Ｊ街参镏信c花青素苷合成相關(guān)調(diào)控及結(jié)構(gòu)基因都已被識(shí)別，并為普通小麥等具有復(fù)雜基因組的栽培物種提供了同源克隆基礎(chǔ)[2]。普通小麥中花青素苷色素累積會(huì)產(chǎn)生紅色或紫色的胚芽鞘及葉耳，藍(lán)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(zhì)資源，以發(fā)掘到優(yōu)異的小麥花青素苷色素基因?qū)π←溈剐蕴嵘饬x重大。

普通小麥(AABBDD)是由四倍體小麥(AABB)和節(jié)節(jié)麥(DD)雜交后產(chǎn)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(jié)節(jié)麥(Aegilopstauschii)分布廣泛，其分布范圍從土耳其一直延伸至中國(guó)。如此廣闊的分布亦表明節(jié)節(jié)麥豐富的遺傳多樣性。因此，利用節(jié)節(jié)麥創(chuàng)制新的六倍體小麥對(duì)小麥在世界范圍內(nèi)的適應(yīng)性提升非常重要。本研究通過(guò)對(duì)以人工合成小麥和四川審定品種為親本構(gòu)建的重組自交系群體及其親本為材料，同時(shí)利用已構(gòu)建圖譜對(duì)該群體生長(zhǎng)后期紫色植株顏色進(jìn)行質(zhì)量性狀定位，以發(fā)掘到小麥莖葉中花青素色素沉積的關(guān)鍵位點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究采用的試驗(yàn)材料為170份重組自交系群體(SHW-L1×川麥32，簡(jiǎn)稱SC群體)。該群體親本SHW-L1系人工合成六倍體小麥，為節(jié)節(jié)麥AS60(Ae.tauschiissp.tauschii，DD，2n=14)與我國(guó)特有圓錐小麥AS2255(Triticumturgidumssp.turgidum，AABB，2n=28)雜交后，F(xiàn)1后代經(jīng)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(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所提供。

1.2 試驗(yàn)實(shí)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(nóng)業(yè)大學(xué)溫江校區(qū)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)。田間設(shè)計(jì)采用單粒播種，種植行長(zhǎng)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(guī)肥水管理及病蟲害防治。

1.3 表型鑒定

待植株進(jìn)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(biāo)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(shù)據(jù)及各株系基因型數(shù)據(jù)來(lái)源于四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所研究結(jié)果[4]。SC群體遺傳圖譜共包括1 862個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)，全長(zhǎng)3 766.9 cM，平均標(biāo)記密度為每個(gè)位點(diǎn)2 cM。因Mapmaker/EXP軟件不能處理高通量的高密度圖譜數(shù)據(jù)，故目標(biāo)性狀基因染色體定位采用Joinmap分析軟件對(duì)圖譜標(biāo)記位點(diǎn)及目標(biāo)性狀進(jìn)行群體劃分，以識(shí)別到和目標(biāo)性狀連鎖緊密的標(biāo)記位點(diǎn)連鎖群。目標(biāo)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(biāo)性狀緊密關(guān)聯(lián)位點(diǎn)的親本驗(yàn)證

利用與目標(biāo)性狀關(guān)聯(lián)緊密的遺傳位點(diǎn)(遺傳距離小于 10 cM)對(duì)群體親本SHW-L1，以及SHW-L1的合成親本AS60及AS2255進(jìn)行基因型鑒定，驗(yàn)證各目的條帶在SHW-L1人工合成過(guò)程中的穩(wěn)定性。

2 結(jié)果與分析

2.1 表型比較

當(dāng)灌漿期結(jié)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(jié)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(zhuǎn)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(gè)株系與SHW-L1表型一致，剩余77份自交系與川麥32表型一致?？ǚ綑z驗(yàn)結(jié)果表明，植株生長(zhǎng)后期莖葉顏色在SC重組自交系群體中分離比例為 1 ∶1，復(fù)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(zhǎng)后期莖葉顏色的染色體定位分析中，目標(biāo)性狀被劃分到7D染色體所在連鎖群。該位點(diǎn)與7D染色體上99.4～117.9 cM區(qū)段內(nèi)17個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)最為緊密，遺傳距離小于10 cM(圖2)。

2.3 基因型鑒定

與目標(biāo)性狀緊密關(guān)聯(lián)的連鎖區(qū)段中共包含2個(gè)SSR分子標(biāo)記位點(diǎn)(cfd14、wmc653)以及15個(gè)DArT位點(diǎn)。利用以上位點(diǎn)對(duì)人工合成小麥SHW-L1及其合成親本進(jìn)行基因型鑒定分析，結(jié)果表明，17個(gè)位點(diǎn)中，6個(gè)位點(diǎn)分別為 wPt-663809、wPt-744635、wPt-743857、wPt-743310、wPt-742859、wPt-9905，在異源六倍化過(guò)程中不符合孟德?tīng)栠z傳規(guī)律。其中wPt-663809、wPt-744635、wPt-743857、wPt-743310、wPt-742859在AS60中都被檢測(cè)到，但未在SHW-L1中檢測(cè)到。wPt-9905則在SHW-L1、AS60及AS2255中都被檢測(cè)到。其余9個(gè)位點(diǎn)在異源六倍化過(guò)程中按孟德?tīng)栠z傳規(guī)律進(jìn)行傳遞。

3 討論

引起植物變色的花青素合成途徑(ABP)是整個(gè)類黃酮合成途徑網(wǎng)絡(luò)分支之一[1]。目前在小麥植株各部位表達(dá)的花青素色素合成相關(guān)基因大多已被發(fā)掘，且被定位到染色體上，如位于7號(hào)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(gè)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(guān)基因Pan-A1、Pan-D1。此外，2個(gè)紫色果皮相關(guān)基因還被定位于染色體2A(Pp3)、7B(Pp1)上[6-7]。4個(gè)紅色葉耳相關(guān)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(fā)掘到的藍(lán)色糊粉粒相關(guān)基因(Ba基因)則通過(guò)置換或基因?qū)氲男问奖灰氲?號(hào)染色體同源群內(nèi)[10-11]。

本研究發(fā)現(xiàn)，人工合成小麥SHW-L1只在生長(zhǎng)后期莖葉才變?yōu)樽仙?，與前人報(bào)道全生育期紫色葉鞘、莖稈、葉片有差異。目標(biāo)性狀收集中，紫色莖稈、葉片及葉鞘在SC群體中尚未出現(xiàn)分離，因此記錄為一個(gè)性狀。該目標(biāo)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(diǎn)附近也定位了來(lái)源于SHW-L1的紫色胚芽鞘相關(guān)基因。該基因與Rc-D1具有等位性，本研究定位目標(biāo)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(bào)道的新性狀，也可能是一個(gè)新基因。本研究發(fā)現(xiàn)被葉鞘包被的莖稈在生長(zhǎng)后期并未變成紫色，因此，該基因表達(dá)可能與生長(zhǎng)階段及光照等環(huán)境有關(guān)。因SC群體是一個(gè)初步定位群體，該目標(biāo)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(jìn)一步精細(xì)化定位驗(yàn)證。對(duì)目標(biāo)性狀周圍位點(diǎn)進(jìn)行SHW-L1及其親本的基因型驗(yàn)證中，該區(qū)段有位點(diǎn)缺失現(xiàn)象，研究該基因在異源六倍化過(guò)程中的序列及功能表達(dá)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(guān)(編號(hào)：2011NZ0098-12-11)；西南科技大學(xué)博士基金(編號(hào)：13ZX7155)。

耿小紅(1969—)，女，山西運(yùn)城人，碩士，講師，主要從事作物遺傳育種教學(xué)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(zhǎng)后期紫色莖葉的遺傳定位[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45(2)：36-38.