耿小紅++武艷芍++余馬

摘要：以138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的紫色花藥目標(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3D，該基因與R基因、Pal基因及Dfr等基因毗鄰或具有等位性。

關(guān)鍵詞：人工合成小麥；紫色花藥；遺傳定位

中圖分類號(hào)：S326 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）22-5748-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.22.005

Genetic Mapping of Purple Anthers in Synthetic Hexaploid Wheat of SHW-L1

GENG Xiao-hong1， WU Yan-shao1， YU Ma2

（1.Shanxi Yuncheng Agriculture Vocational and Technical College， Yuncheng 044000，Shanxi，China；

2.College of Life Science and Engineering，Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621010，Sichuan，China）

Abstract： A population contained 138 recombinant inbred lines and a high density genetic mapping were used to precisely detect genetic allele controled purple anther. The genetic analysis results indicated that the purple anther was a monogenic trait in SHW-L1， and this single gene was located on chromosome 3D， which might be the same alleles or at a short distance from R， Pal， and Dfr genes on 3D.

Key words： synthetic hexaploid wheat； purple anthers； genetic mapping

花青苷、原花色素及鞣酐等多酚色素皆通過類黃酮生物合成途徑所得，是植物色素的主要成員[1]。對(duì)小麥、水稻等風(fēng)傳授粉禾谷類作物而言，各組織色素不只是感官性狀，其在禾谷類植物中因抗氧化活性而具有很多生物學(xué)功能[2]。1883年，達(dá)爾文在其著作中記載有色的煙葉、葡萄、洋蔥較無色種質(zhì)資源更具抗病性。紅皮小麥在北方氣候中較白皮小麥更易于生存。此后，色素累積度（或類黃酮含量及類黃酮結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄水平）與植物在不同脅迫下的抗性水平相關(guān)性開始被大量報(bào)道[3，4]。類黃酮對(duì)植物生長、發(fā)育、細(xì)胞膜通透性、種子萌發(fā)及穗發(fā)芽抗性都有顯著影響。其中花青苷色素對(duì)植物抵御紫外線、干旱、鹽脅迫、重金屬、輻射、營養(yǎng)缺乏及真菌性病害都起到非常重要的作用[5]。因此研究花青苷色素的遺傳機(jī)理對(duì)植物抗逆性提升意義重大。

普通小麥?zhǔn)怯扇齻€(gè)二倍體物種經(jīng)種間雜交所得，其A、B和D基因組供體祖先種分別為烏拉爾圖小麥（Triticum urartu），斯卑爾脫小麥（Aegilops speltoides）及節(jié)節(jié)麥（A. tauschii）。節(jié)節(jié)麥分為ssp. tauschii亞種及ssp. strangulate亞種，其中，ssp. strangulate亞種被認(rèn)為是普通小麥的D基因組供體，而ssp. tauschii亞種并未涉入普通小麥的遺傳進(jìn)化史，且亞種中的該亞種具有優(yōu)異的農(nóng)藝性狀尚未被引入普通小麥種。本研究以ssp. tauschii亞種為親本創(chuàng)制的人工合成六倍體小麥SHW-L1為材料。對(duì)SHW-L1進(jìn)行紫色花藥顏色的遺傳定位分析，以發(fā)掘小麥花藥中花青素色素沉積的關(guān)鍵位點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 供試材料及田間設(shè)計(jì)

本研究采用的試驗(yàn)材料為小麥SC重組自交系群體（SHW-L1×川麥32，簡稱SC群體），該群體為171份重組自交系。群體親本SHW-L1系人工合成六倍體小麥，其A、B、D基因組供體情況參考文獻(xiàn)[6]。川麥32為四川省主要審定推廣品種，本研究所有材料皆由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥研究所提供。

171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和AS2255于2012～2013年種植于四川農(nóng)業(yè)大學(xué)雅安及溫江校區(qū)田間實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)。田間設(shè)計(jì)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(guī)肥水管理及病蟲害防治。

1.2 表型鑒定

待植株花藥從穎殼內(nèi)伸出，記錄花藥顏色。表型與SHW-L1一致的株系記為A，與川麥32一致的株系記為B。

1.3 標(biāo)記-性狀連鎖分析

方差分析采用SPSS16.0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)來源于參考文獻(xiàn)[7]。SC群體遺傳圖譜全長3 766.9 cM，共1 862個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)，平均標(biāo)記密度為2 cM每個(gè)位點(diǎn)。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)別到與目標(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。

2 結(jié)果與分析

人工合成小麥SHW-L1抽穗后，開花較晚，當(dāng)年6月初開花，其花藥露出穎殼時(shí)，花藥顏色為紫色（圖1a）。川麥32花期較早，當(dāng)年5月初即開花，花藥顏色為黃色（圖1b）。SHW-L1的A、B基因組供體AS2255親本花藥顏色為黃色，與川麥32表型一致；D基因組供體親本AS60花藥顏色為紫色，與SHW-L1花藥顏色一致。171份重組自交系中，揚(yáng)花期從4月中旬持續(xù)到7月初。其中77個(gè)株系為紫色花藥，61個(gè)株系為黃色花藥，剩余33個(gè)株系因極端天氣原因未記錄到花藥顏色，因此被記為缺失。所有138份株系、群體親本SHW-L1、川麥32、AS60及AS2255在雅安和溫江都表現(xiàn)出穩(wěn)定的表型一致性，這表明花藥顏色性狀的環(huán)境獨(dú)立性?？ǚ綑z驗(yàn)結(jié)果表明，花藥顏色在SC重組自交系群體中1∶1分離顯著性不明顯，但其卡方值僅為3.1，因此認(rèn)為這是群體樣本較小造成的取樣誤差，該目標(biāo)性狀為單基因遺傳分離模式的概率極大（表1）。

性狀-標(biāo)記關(guān)聯(lián)分析中，花藥顏色被定位于3D染色體上（圖2）。該染色體包含247個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)，染色體總長250.1 cM，平均標(biāo)記密度1.01 cM每個(gè)標(biāo)記。目標(biāo)性狀相關(guān)位點(diǎn)與3D染色體上217.1～220.1 cM區(qū)段內(nèi)6個(gè)標(biāo)記位點(diǎn)連鎖最為緊密（遺傳距離<10 cM）（圖2）。利用這6個(gè)位點(diǎn)對(duì)SHW-L1及其A、B、D基因組供體親本進(jìn)行基因型鑒定，結(jié)果表明，wPt-8658、wPt-1888和wPt-1573組成的遺傳區(qū)段在AS2255（AABB）中存在，但在SHW-L1中缺失。其中wPt-8658和wPt-1888為共分離位點(diǎn)。其余3個(gè)位點(diǎn)在SHW-L1的人工合成過程中符合孟德爾遺傳規(guī)律進(jìn)行傳遞。

3 討論

小麥紫色花藥與腥黑穗病抗性顯著相關(guān)[8]。本研究發(fā)現(xiàn)人工合成六倍體小麥SHW-L1中紫色花藥顏色受單基因控制，且將該基因位點(diǎn)定位于3D染色體上。目前對(duì)小麥紫色花藥相關(guān)基因研究主要定位于染色體7A（Pan-A1）短臂和7D（Pan-D1）短臂上[9]。而Pan-A1和Pan-D1分別與紫色胚芽鞘相關(guān)基因的Rc-A1和Rc-D1毗鄰。在3D染色體上有控制子粒顏色性狀的R基因報(bào)道[10]。R基因與C1基因互作可以上調(diào)控制顏色的花青苷色素合成所需的所有結(jié)構(gòu)基因表達(dá)[11]。此外，兩個(gè)控制花青苷色素合成的苯丙氨酸氨裂合酶基因（Pal）及二氫黃酮醇還原酶基因（Dfr）結(jié)構(gòu)基因也被定位于3D染色體上。本研究發(fā)掘到的紫色花藥相關(guān)基因極有可能與3D上花青苷色素合成結(jié)構(gòu)基因或調(diào)控基因具有等位性。

普通小麥的D基因組供體物種節(jié)節(jié)麥分為tauschii和strangulata兩個(gè)亞種，其中strangulata亞種被認(rèn)為是普通小麥的供體物種。tauschii亞種未參與普通小麥的遺傳進(jìn)化，較strangulata亞種早抽穗，其穗部性狀也與strangulata亞種差異顯著[12，13]。本研究中SHW-L1的D基因組供體親本AS60系tauschii亞種。目前已利用SC群體進(jìn)行了36個(gè)產(chǎn)量及抗性相關(guān)性狀遺傳定位，共發(fā)掘到136個(gè)遺傳位點(diǎn)[14-16]，這些遺傳位點(diǎn)對(duì)小麥抗性即產(chǎn)量提升都具有重要意義。普通小麥的A、B、D基因組高度相似，對(duì)大多數(shù)基因來說都存在至少三個(gè)拷貝的同源基因。較二倍體物種而言，這些同源基因在異源多倍化過程中都經(jīng)歷了序列及表達(dá)模式改變。本研究所發(fā)掘到的紫色花藥相關(guān)基因來源于A. tauschii，深入研究該基因在A. tauschii和SHW-L1中的序列及表達(dá)差異，對(duì)普通小麥的適應(yīng)性進(jìn)化研究有重要意義。

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