硬粒小麥種質(zhì)資源遺傳評價及育種利用研究.pdf

1、現(xiàn)代育種技術(shù)和栽培模式導(dǎo)致普通小麥基因大量流蝕，遺傳基礎(chǔ)日益狹窄，不僅導(dǎo)致小麥忍受生物脅迫和環(huán)境脅迫的能力急劇下降，而且嚴(yán)重制約小麥的進(jìn)一步改良。從小麥近緣種屬中發(fā)掘利用優(yōu)異的基因資源，對于拓寬普通小麥的遺傳基礎(chǔ)以及具有重要意義。硬粒小麥(Triticum durum L.，AABB)是普通小麥的二級基因源，攜帶豐富的改良小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的優(yōu)異基因。本項(xiàng)研究基于形態(tài)學(xué)、生物化學(xué)及分子生物學(xué)技術(shù)對硬粒小麥種質(zhì)資源進(jìn)行了系統(tǒng)的遺傳評價，并篩選

2、出各具優(yōu)勢的硬粒小麥材料22份；選擇蛋白質(zhì)含量較高的硬粒小麥材料與普通小麥品種進(jìn)行雜交，進(jìn)一步嘗試將硬粒小麥攜帶的優(yōu)異基因轉(zhuǎn)育到普通栽培小麥中。主要研究結(jié)果如下： 1．對101份硬粒小麥主要農(nóng)藝性狀和蛋白質(zhì)含量進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，硬粒小麥農(nóng)藝性狀存在豐富的遺傳變異，多分蘗及多小穗是硬粒小麥最有利用價值的農(nóng)藝性狀，而株高、千粒重和生育期成為限制其利用的因素。各性狀間的相關(guān)分析揭示對于硬粒小麥不宜單純增加千粒重，而應(yīng)通過增加有效穗

3、數(shù)、小穗數(shù)和蛋白質(zhì)含量來達(dá)到提高產(chǎn)量與品質(zhì)的雙重目標(biāo)基于農(nóng)藝性狀表現(xiàn)，供試材料可聚為四類，聚類結(jié)果與其地理來源并不完全一致。根據(jù)以上分析，篩選出22份綜合性狀較好或具有一個以上突出優(yōu)良性狀的材料，為進(jìn)一步在育種中加以利用提供了新的物質(zhì)基礎(chǔ)。 2．利用生化指紋技術(shù)，對142份硬粒小麥的遺傳多樣性進(jìn)行了評價。通過酸性聚丙烯酰胺凝膠電泳技術(shù)(A-PAGE)檢測到37條譜帶，128種帶型，表明硬粒小麥具有豐富的醇溶蛋白等位變異。聚類分析

4、可將供試材料分為3大類，相同地理來源的材料能夠部分地聚成一類或亞類，表明醇溶蛋白所揭示的遺傳關(guān)系與地理來源有一定相關(guān)性。利用十二烷基磺酸鈉．聚丙烯酰胺凝膠電泳技術(shù)(SDS-PAGE)，共分離出14種高分子量麥谷蛋白亞基和15種亞基組合，優(yōu)質(zhì)亞基所占比例不高，并篩選出具有優(yōu)質(zhì)亞基組合的材料20份(2*、7+8組合17份，2*、14+15組合3份)。另外，還發(fā)現(xiàn)2份材料在Glu-A1和Glu-B1位點(diǎn)亞基同時缺失，這類材料對于排除HMW-G

5、S的影響，研究低分子量谷蛋白亞基和醇溶蛋白與硬粒小麥品質(zhì)的關(guān)系具有重要的利用價值。 3．利用EST-SSR標(biāo)記技術(shù)，對60份硬粒小麥遺傳多樣性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，在25個有效擴(kuò)增的eSSR標(biāo)記中，三核苷酸重復(fù)類型為優(yōu)勢類型。B染色體組比A染色體組具有更高的等位變異數(shù)目和多態(tài)性信息含量(PIC)含量。Mantel-test顯示A、B兩染色體組標(biāo)記的遺傳相似系數(shù)矩陣存在極顯著的線性相關(guān)(P<0.001)，推測硬粒小麥群體兩個染色體

6、組所發(fā)生的遺傳分化程度相似。分析分子方差(AMOVA)表明硬粒小麥在不同國家間(組間)和國家內(nèi)(組內(nèi))均存在顯著的遺傳差異，但組內(nèi)材料間的差異構(gòu)成變異的主要來源。Shannon's信息指數(shù)和Gst(基因型/材料間遺傳分化)值均表明，中國硬粒小麥群體的遺傳多樣性最高。根據(jù)材料間遺傳相似系數(shù)進(jìn)行的聚類分析，以及根據(jù)組間Nei's遺傳距離構(gòu)建的群體系統(tǒng)樹圖均表明，來自于加拿大和埃塞俄比亞硬粒小麥群體表現(xiàn)出相對獨(dú)立的遺傳特性。 4.利用

7、基于α-醇溶蛋白基因序列保守區(qū)設(shè)計(jì)的引物，從硬粒小麥Cltr5083中克隆得到3個不同的基因序列：DQ296195，DQ296196和DQ296197，其中DQ296195和DQ296196包含完整的編碼區(qū)，而DQ296197由于編碼區(qū)內(nèi)單堿基突變(C→T)導(dǎo)致其產(chǎn)生提前終止密碼子，故為假基因。推導(dǎo)氨基酸序列比較顯示3個序列均具有典型的α-醇溶蛋白基因結(jié)構(gòu)，也包括毒性序列(PSQQQP)。短肽片段PF(Y)PP(Q)是N-端重復(fù)區(qū)的特有

8、重復(fù)單元，略不同于以前的報(bào)道。系統(tǒng)進(jìn)化分析表明Gli2-Du2和Gli2-Du3與位于染色體6A上的醇溶蛋白基因聚在一起，而Gli2-Du1與位于染色體6B上的基因關(guān)系較近。 5.選擇供試群體中蛋白質(zhì)含量最高的硬粒小麥材料As295與普通小麥品種川農(nóng)16進(jìn)行遠(yuǎn)緣雜交，并分析其F<,2>和F<,3>代的農(nóng)藝性狀、蛋白質(zhì)含量和細(xì)胞學(xué)表現(xiàn)。結(jié)果表明，F(xiàn)<,2>代的各農(nóng)藝性狀平均值接近于低值親本。根據(jù)F<,2>代染色體數(shù)分布頻率，推測具