【摘要】 小麥?zhǔn)鞘澜缟献钪匾�的糧食作物之一,其播種面積與產(chǎn)量總值均居世界第一,并且是世界上35%人口的主要糧食作物,它的產(chǎn)量和品質(zhì)直接決定了人類的生活水平。在我國(guó),小麥?zhǔn)堑谌�大糧食作物,僅次于水稻和玉米；常年種植面積在2400萬hm2以上,總產(chǎn)量為1.15億噸以上,約占糧食作物產(chǎn)量的20%。按小麥皮色的不同,可分為白皮和紅皮兩類。白皮小麥品種種子相對(duì)紅皮小麥品種種子休眠期較短,容易發(fā)生穗發(fā)芽現(xiàn)象。穗發(fā)芽現(xiàn)象受多方面因素的影響,如種子自身的休眠性、淀粉酶活性、穎殼中的抑制物等；抗穗發(fā)芽的遺傳機(jī)理受數(shù)量性狀控制,已在很多染色體上定位了抗穗發(fā)芽QTL位點(diǎn),如第三同源群上找到的R、VP1基因,并且已經(jīng)開發(fā)出大量與穗發(fā)芽抗性相關(guān)的分子標(biāo)記。本研究以420份來源廣泛的白皮小麥為主組成的自然群體為研究對(duì)象,通過對(duì)穗發(fā)芽、休眠特性、以及群體結(jié)構(gòu)和遺傳多樣性的分析,篩選休眠性較好的抗穗發(fā)芽白皮小麥材料,并分析其遺傳特性,有助于解決白皮小麥抗穗發(fā)芽資源缺乏的問題,同時(shí)通過關(guān)聯(lián)分析找到與穗發(fā)芽抗性顯著相關(guān)的穩(wěn)定抗穗發(fā)芽候選位點(diǎn),為深入剖析抗穗發(fā)芽機(jī)理奠定基礎(chǔ)。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：1.對(duì)420份以白皮小麥為主的自然群體穗發(fā)芽、休眠特性進(jìn)行研究,共篩選出穩(wěn)定的抗穗發(fā)芽材料四份,分別是來自英國(guó)的AS660365、美國(guó)南部的AS660608、AS660576和芬蘭的AS660583：對(duì)多年多點(diǎn)之間、不同方法及重復(fù)之間進(jìn)行相關(guān)分析,結(jié)果表示各環(huán)境下均表現(xiàn)為極顯著相關(guān),其中2012年溫江與都江堰相關(guān)系數(shù)最高(培養(yǎng)皿發(fā)芽法0.6583、石英砂穴盤發(fā)芽法0.3784),2012年溫江與雅安相關(guān)系數(shù)最低(培養(yǎng)皿發(fā)芽法0.3654、石英砂穴盤發(fā)芽法0.2119)；培養(yǎng)皿發(fā)芽法和石英砂穴盤發(fā)芽法表現(xiàn)為極顯著相關(guān),2012年都江堰相關(guān)系數(shù)最高(0.6522),2012年雅安相關(guān)系數(shù)最低(0.3799)；各重復(fù)之間也表現(xiàn)出極高的相關(guān)性,2012年培養(yǎng)皿發(fā)芽法重復(fù)之間相關(guān)系數(shù)最高(0.9221),2012年雅安培養(yǎng)皿發(fā)芽法重復(fù)之間相關(guān)系數(shù)最低(0.6657)。2.白皮小麥自然群體來源廣泛,覆蓋六大洲的46個(gè)國(guó)家,親緣關(guān)系遠(yuǎn),群體結(jié)構(gòu)分析將它們分為四個(gè)亞群；利用與種子休眠和穗發(fā)芽相關(guān)的50對(duì)SSR標(biāo)記,對(duì)347份白皮小麥材料進(jìn)行遺傳多樣性分析,共檢測(cè)到191個(gè)等位變異,每個(gè)位點(diǎn)2-8個(gè),平均3.82個(gè)。3.通過TASSEL3.0軟件中的一般線性模型過程進(jìn)行性狀和標(biāo)記的關(guān)聯(lián)分析,共檢測(cè)到10個(gè)與穗發(fā)芽性狀顯著關(guān)聯(lián)的SSR分子標(biāo)記,對(duì)應(yīng)8條染色體上的8個(gè)抗穗發(fā)芽候選基因位點(diǎn)。這10個(gè)標(biāo)記分別為：Xbarc273、Xbarc372、Xcfd44、 Xcfd49、Xbarc240、Xbarc275、Xbarc310、Xbarc330、Xgwm296、Xgwm610;其中Xbarc372和Xbarc273能三個(gè)環(huán)境中重復(fù)出現(xiàn),其它標(biāo)記僅在某一個(gè)環(huán)境中出現(xiàn)；Xcfd49和Xbarc273相距9.8cM, Xbarc372與Xbarc240相距10cM,推測(cè)他們分別連鎖同一抗穗發(fā)芽候選基因位點(diǎn),其余6個(gè)標(biāo)記獨(dú)立連鎖一個(gè)抗穗發(fā)芽候選基因位點(diǎn)。這些候選基因位點(diǎn)為進(jìn)一步的定位研究和分子標(biāo)記輔助選擇奠定基礎(chǔ)。
 
【關(guān)鍵詞】 白皮小麥； 穗發(fā)芽； 候選基因位點(diǎn)； 關(guān)聯(lián)分析；

1.文獻(xiàn)綜述

小麥?zhǔn)侨�大糧食作物之一，不僅全球有超過30%的人口以小麥為主食，而且小麥還具有重要的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其產(chǎn)量和品質(zhì)直接關(guān)系到世界各國(guó)的溫飽問題及生活質(zhì)量。在我國(guó)，小麥的產(chǎn)量約占國(guó)內(nèi)糧食總產(chǎn)量的，其種植面積、產(chǎn)量和消費(fèi)量均居世界首位。按小麥皮色的不同，可分為白皮和紅皮兩類。白皮小麥呈黃色或乳白色，皮薄且胚乳含量多，出粉率較高；紅皮小麥呈深紅色或紅褐色，胚乳含量少，出粉率較低。近年來，隨著消費(fèi)者對(duì)小麥商品品質(zhì)和加工品質(zhì)的重視，白皮小麥越來越受到面粉加工企業(yè)和農(nóng)戶的青睞。2005年，我國(guó)優(yōu)質(zhì)麥播種面積占小麥播種面積的45%以上，其中白皮小麥占的比例最大；但研究表明，種皮色級(jí)與人工模擬降雨穗發(fā)芽率、脫粒籽粒發(fā)芽率及塑料袋控濕穗發(fā)芽率均呈負(fù)相關(guān)，而且隨著軒粒的不斷成熟，這種負(fù)相關(guān)系數(shù)還有加大趨勢(shì)。這說明種皮色級(jí)越低，種子休眠期越短，成熟期發(fā)芽率就越高；相對(duì)于紅皮小麥，白皮小麥品種子休眠期較短，容易發(fā)生穗上發(fā)芽現(xiàn)象。因此在我國(guó)一些易發(fā)生穗發(fā)芽的麥區(qū)，包括北部一西北春麥區(qū)、長(zhǎng)江中下游麥醫(yī)和西南麥區(qū)，種植紅皮小麥品種較為普遍。穗發(fā)芽一直是困擾小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的一個(gè)重要因素，因此改善白皮小麥的穗發(fā)芽抗性在現(xiàn)代化的育種中更為重要�？刂菩←溞誀畹幕�因有單基因控制的質(zhì)量性狀和多基因控制的表現(xiàn)為連續(xù)變異的數(shù)量性狀，小麥的穗發(fā)芽屬于數(shù)量性狀，且多數(shù)抗穗發(fā)芽數(shù)量性狀基因座位（貢獻(xiàn)率比較小，還受到環(huán)境影響。目前研究研究數(shù)量性狀比較有效的方法主要是（利用家系分離群體進(jìn)行連鎖分析（和（利用自然群體進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析（本世紀(jì)以來，小麥遺傳圖譜構(gòu)建和定位等分子標(biāo)記技術(shù)的推廣已經(jīng)推動(dòng)了數(shù)量性狀的深入研究；而年國(guó)家科技部公布“常見重大疾病全基因組關(guān)聯(lián)分析和藥物基因組學(xué)研究”的重點(diǎn)項(xiàng)目，吹響了我國(guó)大規(guī)模開展研究的號(hào)角。本研究擬利用基于候選基因位點(diǎn)的關(guān)聯(lián)分析，對(duì)白皮小麥穗發(fā)芽抗性基因進(jìn)行研究。

控制小麥性狀的基因有單基因控制的質(zhì)量性狀和多基因控制的表現(xiàn)為連續(xù)變異的數(shù)量性狀，小麥的穗發(fā)芽屬于數(shù)量性狀，且多數(shù)抗穗發(fā)芽數(shù)量性狀基因座位（貢獻(xiàn)率比較小，還受到環(huán)境影響。目前研究研究數(shù)量性狀比較有效的方法主要是（利用家系分離群體進(jìn)行連鎖分析和利用自然群體進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析（本世紀(jì)以來，小麥遺傳圖譜構(gòu)建和定位等分子標(biāo)記技術(shù)的推廣已經(jīng)推動(dòng)了數(shù)量性狀的深入研究；而年國(guó)家科技部公布“常見重大疾病全基因組關(guān)聯(lián)分析和藥物基因組學(xué)研究”的重點(diǎn)項(xiàng)目，吹響了我國(guó)大規(guī)模開展研究的號(hào)角。本研究擬利用基于候選基因位點(diǎn)的關(guān)聯(lián)分析，對(duì)白皮小麥穗發(fā)芽抗性基因進(jìn)行研究。

1.1小麥穗發(fā)芽研究進(jìn)展

穗發(fā)芽是嚴(yán)重影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的一種世界性災(zāi)害，是指在完熟收獲前遇到下雨或空氣濕度大的環(huán)境下穗上籽粒提前發(fā)芽的現(xiàn)象；它可以嚴(yán)重的降低全球范圍以小麥為主產(chǎn)區(qū)的糧食產(chǎn)量，世界各地如中國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、日本、德國(guó)、加拿大、澳大利亞等均受穗發(fā)芽危害，尤其是澳大利亞和加拿大最為嚴(yán)重。1985-1987年間，英國(guó)穗發(fā)芽危害也較嚴(yán)重，平均穗發(fā)芽達(dá)到20%，農(nóng)民損失現(xiàn)金5000-6000萬英膀，我國(guó)陜西關(guān)中地區(qū)在1992年因小麥穗發(fā)芽造成減產(chǎn)達(dá)4109千克以下，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)206億元人民幣；另外，品質(zhì)方面，在年指出，碳水化合物降解酶、蛋白水解酶等酶活性上升，胚和胚乳中的物質(zhì)則被降解，就會(huì)降低小麥的加工品質(zhì)。因此在生產(chǎn)上應(yīng)該種植抗穗發(fā)芽的栽培材料以降低穗發(fā)芽帶來小麥生產(chǎn)上的損失。前人己報(bào)到了很多影響穗發(fā)芽的內(nèi)因和外因，如種皮顏色、脫落酸、赤霉素水平以及后熟作用

1.2 關(guān)聯(lián)分析

關(guān)聯(lián)分析（方法是近年來隨著數(shù)據(jù)處理方法和模型不斷發(fā)展起來的…個(gè)研究性狀的新方法。鑒定候選基因或位點(diǎn)與作物性狀的關(guān)系是以為基礎(chǔ)的，所以關(guān)聯(lián)分析又叫做作圖。連鎖不平衡（也稱為配子相不平衡、配子體不平衡和等位基因相關(guān)聯(lián)。簡(jiǎn)單點(diǎn)講，連鎖不平衡就是“等位基因在不同的位點(diǎn)非隨機(jī)的相關(guān)”。它是由于基因重組或者多年來進(jìn)化過程中發(fā)生的基因型變異，如在一個(gè)大的自然群體中，隨機(jī)的交配，沒有選擇、突變和遷移，基因型的分布是不會(huì)發(fā)生改變的，相反，連鎖、選擇和外來物種的遷入都會(huì)增加的水平。

相比傳統(tǒng)的連鎖作圖，作圖有著比較明顯的優(yōu)越性，首先它利用的是自然群體，大大縮短了研究時(shí)間；其次，關(guān)聯(lián)分析方法構(gòu)圖精確，精度更高，可達(dá)到基因水平；第三關(guān)聯(lián)分析方法可同時(shí)檢測(cè)一個(gè)座位上的多個(gè)等位基因，，，所以關(guān)聯(lián)分析方法的發(fā)展就如雨后春努般在生物界發(fā)展起來了。

最早將關(guān)聯(lián)分析作圖應(yīng)用到了植物的研究當(dāng)中，在這些研究當(dāng)中，他們用分布在全基因組的但比較少的分子標(biāo)記來研究玉米和水稻的數(shù)量性狀；第一個(gè)在關(guān)聯(lián)分析中定位出的候選位點(diǎn)是與開花期相關(guān)的位點(diǎn)這個(gè)研究標(biāo)志著在任何植物器官里，關(guān)聯(lián)分析都可在分子標(biāo)記背景下，用來控制群體的結(jié)構(gòu)，隨后，在同一群體里又用候選基因位點(diǎn)作了更多性狀的關(guān)聯(lián)分析。此外，在一系列的精英玉米育種研究中，關(guān)聯(lián)分析也成功在玉米胚乳顏色中定位出候選基因位點(diǎn)。

除了在水稻、玉米中，關(guān)聯(lián)分析也在模式植物擬藍(lán)芥屮得以推廣，玉米是異交作物，而擬藍(lán)芥是自交作物，所以它的模式不一樣，其的衰減也要比玉米慢許多；水稻和大小麥也是自交作物，其衰減也比較慢。通過對(duì)擬藍(lán)芥突變體的研究，尤其是在其適應(yīng)性和等位基因的鑒定中，關(guān)聯(lián)分析可以提供很多理想的證據(jù)，已經(jīng)有報(bào)道基于位點(diǎn)的候選基因已經(jīng)有報(bào)道為多種多樣的功能基因。等在首次嘗試在擬藍(lán)芥中用全基因組的關(guān)聯(lián)分析方法時(shí)，報(bào)道了之前已經(jīng)知道的開花期基因和三個(gè)病原菌抗性基因的鑒定等總結(jié)，基于綜合候選基因位點(diǎn)的關(guān)聯(lián)分析作圖和連鎖分析作圖的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，擬藍(lán)芥中己經(jīng)知道的的開花期基因，可能含有某些共同的等位基因?qū)е麻_花期的自然變異。

如今，關(guān)聯(lián)分析方法己經(jīng)在其他許多重要作物中得到了廣泛推廣不僅包括模式植物、三大糧食作物，還甘庶、大豆、馬鈴薯、甜菜、番前、白楊和向日葵等其他植物得到大量的應(yīng)用。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)材料為自四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所種質(zhì)資源庫的份白皮小麥所組成的自然群體，其中白皮小麥份，非白皮小麥份作為對(duì)照（詳見附表。這些材料均為各地的審定品種及地方栽培種，用作關(guān)聯(lián)分析的材料份，具體材料編號(hào)見附表1

2.2試驗(yàn)方法

2.2.1田間種植

以上實(shí)驗(yàn)材料于2010年種植于四川農(nóng)業(yè)大學(xué)雅安校區(qū)農(nóng)場(chǎng)，2011年分別種植于四川農(nóng)業(yè)火學(xué)成都校區(qū)溫江試驗(yàn)基地、都江堰小麥研究所和雅安校區(qū)農(nóng)場(chǎng)。種植方式為雙種種植，行長(zhǎng)1.5米，行距2.5米，每行15株，正常田間管理。

本文編號(hào)：9071