任勇,李生榮,羅建明,何中虎,杜小英,周強,何員江,魏育明,鄭有良

1.四川農業(yè)大學小麥研究所,成都 611130;2.綿陽市農業(yè)科學研究院,國家小麥改良中心綿陽分中心,綿陽 621023;3.中國農業(yè)科學院作物科學研究所,國家小麥改良中心,北京100081

親本選配是小麥雜交育種成敗的關鍵因素之一,好的親本應該具有配合力高、優(yōu)良性狀遺傳力強等優(yōu)點。在長期育種實踐過程中,一些親本品種(系)在不同時期和不同生態(tài)區(qū)的小麥品種更新換代中發(fā)揮了核心作用,衍生出一系列大面積推廣品種,為小麥育種和生產做出了突出貢獻,成為骨干親本[1,2]。通過系譜分析和衍生品種推廣應用情況,已明確了碧螞4號[3]、燕大1817[4]、歐柔[5]、矮孟牛[6]、小偃6 號[7]、繁 6[8]、周 8425B[9,10]和魯麥 14[11]等 20 余個小麥骨干親本。這些品種除本身具有突出優(yōu)良性狀外,其重要的農藝性狀如豐產性和抗病性等具有較強的傳遞能力,在后代選擇過程中被高頻率保存下來,對后代品種產量潛力提高起到重要作用[11,12]。品種改良過程必須以育種材料整體水平的提高為基礎。一些優(yōu)良的農藝性狀只有被轉至綜合性狀好的背景中,才易被生產利用或成為優(yōu)秀的雜交親本[13]。每一批大面積推廣品種的形成都與一個或數個育種骨干親本的出現密不可分,突破性親本的出現是推動品種更新換代的內在動力[2]。如通過聚斂雜交法育成的繁6,衍生出了綿陽11號、綿陽26號等38個品種[8,14,15]; 周 8425B矮稈、高產、配合力好、抗條銹病和白粉病,用做親本育成矮抗58和周麥16等22個品種[12]; 魯麥14既是好品種,又是好親本,用做親本育成濟麥22和良星99等11個品種[11,12];6VS/6AL 易位系(如92R137等)[16,17]和人工合成小麥[18]作為優(yōu)良親本也育成了一系列品種。綿麥 37是綿陽市農業(yè)科學研究院育成的小麥品種,具有豐產性好、抗病性突出、品質優(yōu)良、矮稈抗倒等特點,自2004年審定以來在四川大面積推廣,2008年至今作為四川省小麥區(qū)域試驗對照品種[19]。綿麥37高抗條銹病和白粉病,盡管在四川已發(fā)現對Yr24/Yr26具有毒性的條銹菌株 V26,四川部分小麥品種已喪失抗性[20],但綿麥37依然表現高抗,其抗性已持續(xù)14年。目前,綿麥37已成為四川小麥育種的重要親本材料,育成了一系列小麥新品種(系)。這些衍生品種(系)均表現出良好的豐產性和突出的抗病性,出現了綿麥 367等單產 9 000 kg/ha以上的高產典型品種[21]。因此,研究綿麥37特異位點在其衍生品種中的遺傳貢獻,為了解綿麥37對其衍生品種影響機制提供依據,為進一步發(fā)揮這些特異位點在四川小麥育種中的作用奠定基礎。

1 材料和方法

1.1 材料及來源

親本品種綿麥 37(96EW37/綿 90-100)及其 4個衍生品種綿麥367、綿麥51、BL227和綿麥228由本課題組育成提供。其中,綿麥367和綿麥51為國審品種,來自于同一組合,系譜為綿麥 37/川麥 43;綿麥228和BL227為四川省審定品種,來自于同一組合,系譜為綿麥 37/內麥 8號//川麥 43。川麥 43由四川省農業(yè)科學院作物研究所提供,感病對照品種銘賢169由本課題組繁殖。

1.2 試驗設計

2009～2012年連續(xù)3年在綿陽松埡試驗田調查綿麥37及其衍生品種產量性狀。試驗采用隨機區(qū)組設計,3次重復,小區(qū)面積12 m2,小區(qū)間走道0.4 m,區(qū)組間走道0.5 m,試驗四周設置保護行。條溝點播,出苗后通過定苗,確保各小區(qū)基本苗一致。

田間調查基本苗數、有效穗數和每穗粒數,成熟期取樣考種,測定千粒重,收獲整個小區(qū)測定小區(qū)產量。

1.3 抗條銹性鑒定

苗期抗條銹性鑒定在溫室內進行,選用小麥條銹菌生理小種CYR29、CYR31、CYR32、CYR33、SUN11-4、SUN11-7和V26(由西北農林科技大學植物保護學院植物抗病遺傳研究室提供) 接種鑒定。成株期抗條銹鑒定在田間進行,采用混合小種接種鑒定。待感病對照銘賢 169 充分發(fā)病后,調查各參試材料反應型,記載采用0、0、1、2、3、4 的6級標準。

1.4 DNA提取及SSR標記檢測

采用CTAB 法提取小麥基因組DNA。根據SSR圖譜[22],選擇分布在 21條染色體上的 292對 SSR引物,根據http://wheat.pw.usda.gov報道序列合成。PCR擴增體系總體積為 20 μL,包含 1×buffer(100 mmol/L Tris-HCl,pH 8.3,1.5 mmol/L MgCl2),0.2 mmol/L dNTPs,240 nmol/L引物,1 UTaqDNA 聚合酶,50～100 ng模板DNA。PCR 擴增程序為：94℃預變性5 min; 94℃變性1 min,50～60℃復性1 min,72℃延伸1 min,共38個循環(huán); 72℃延伸10 min。擴增產物用6%變性聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測,經硝酸銀染色后觀察照相。

1.5 數據處理

采用Microsoft Excel 2007和SPSS19.0軟件對產量性狀進行方差分析。根據PCR擴增結果,計算衍生品種中綿麥37特異位點遺傳貢獻率,即后代中擴增出綿麥 37特異位點數與雙親多態(tài)位點數的百分比。根據 http://wheat.pw.usda.gov已知 SSR引物位置,用Mapdraw軟件繪制遺傳連鎖圖。

2 結果與分析

2.1 產量構成及抗條銹性

綿麥37及其衍生品種產量構成見表1。由表1可知,4個衍生品種產量水平顯著高于其親本綿麥37,表明衍生品種豐產性明顯提高,表現出較強的超親遺傳。其中綿麥367表現尤為突出,較綿麥37增產21.4%; 其次是綿麥51、綿麥228和BL227,分別增產16.7%、15.5%和 14.9%; 從產量構成要素上看,穗粒數的顯著提高是衍生品種增產的主要因素。

用當前主要條銹菌流行小種分別鑒定綿麥37、川麥43、內麥8號及后代品種的抗條銹性,結果表明,綿麥37對7個小種及混合小種均表現免疫或近免疫,川麥43和內麥8號對V26分別表現中抗和中感; 后代品種中除綿麥 228對 CYR33表現感病外,其余衍生品種對所有鑒定小種均表現抗病,但反應型有差異。由此表明,綿麥 37優(yōu)良的抗條銹性,特別是對V26的抗性較好地傳遞給了后代品種(表2)。

2.2 綿麥37特異位點檢測

利用均勻分布在 21條染色體上的 292對 SSR引物篩選綿麥 367雙親多態(tài)性,共 114對引物能在綿麥37與川麥43的基因組DNA中擴增出穩(wěn)定的多態(tài)性片段,多態(tài)性比例達39.0%。用這114對具有穩(wěn)定擴增結果和清晰條帶的 SSR引物檢測綿麥37及其衍生品種綿麥367,結果表明,有90對SSR引物在兩者間擴增出穩(wěn)定一致的條帶,表明綿麥 367的這些位點來自于綿麥 37,其遺傳貢獻率達 78.9%。利用部分綿麥37特異位點檢測所有衍生品種,均表明這些位點來自于綿麥37(圖1)。

表1 綿麥37及其衍生品種產量性狀平均值、標準差及差異顯著性

表2 綿麥37及其衍生品種抗條銹鑒定結果

圖1 SSR引物Barc267-7B(A)和WMC291-3B(B)在不同品種中的擴增結果

2.3 綿麥37特異位點不同染色體分布及遺傳貢獻

檢測到的90個綿麥37特異位點在綿麥367的A、B、D基因組中分布是不均勻的,分別為21、46和 23,且 B組＞D組＞A組; 遺傳貢獻率為 B組(83.6%)＞A組(75.0%)＞D組(74.2%)(表3)。在綿麥367的大多數染色體上都檢測到來自綿麥37的遺傳位點,但不同染色體間存在較大差異。其中,遺傳貢獻率大于70%的染色體有5A、1B、2B、3B、5B、6B、2D和5D,部分遺傳位點在染色體上的分布見圖2。由圖2可知,綿麥367與綿麥37相同染色體片段主要為2B的Xgwm374-Xbarc167-Xbarc128-Xgwm129-Xgwm388-Xbarc101,3B的Xwmc446-Xwmc366-Xwmc533-Xbarc164-Xwmc418等區(qū)段。這些區(qū)段包含了許多重要性狀位點如穗粒數[23]、千粒重[24]和抗病性[25,26]等。表明綿麥37特異位點在育種家定向選擇的作用下,較好地傳遞給了后代品種。

3 討 論

建國以來四川的小麥生產大致經歷了6次大的品種更替,特別是以繁6及其衍生品種綿陽11號、綿陽26號等的大面積推廣,將四川及長江上游麥區(qū)小麥單產和品質都提高到一個新的水平[14,15]。但由于條銹菌新小種的出現,這些品種相繼喪失抗性,退出生產。2004年前后,以綿麥37和川麥42為代表的一批高產抗病品種及其衍生品種的育成并迅速推廣,四川小麥產量水平躍上了一個新的臺階,出現了一批單產9 000 kg/ha、個別達10 500 kg/ha以上的高產品種[21,27],為四川的小麥生產做出了突出貢獻。綿麥37不僅作為優(yōu)良品種在生產上大面積推廣應用,作為重要親本材料已育成一系列新品種(系)[19]。本研究結果表明,這些衍生品種的豐產性均顯著提高,表現出明顯的超親遺傳。另一方面,由于條銹菌新菌株 V26在四川被首次發(fā)現,四川小麥如川麥 42、MR168等品種(系)分別攜帶的抗條銹病基因YrCH42和YrMR168已喪失抗性[20,28,29]; 6VS/6AL易位系和貴農號品系所攜帶的主效基因Yr24/Yr26已開始感病,引起了植病學家和育種家的高度重視[12,30,31]。據四川省農業(yè)科學院植物保護研究所2003～2012年連續(xù)10年鑒定,綿麥37對四川主要條銹菌流行小種均表現免疫至高抗; 2009～2010年田間接種V26,綿麥37成株期表現免疫[19,32],與本研究鑒定結果一致。綿麥 37對條銹菌新菌株 V26的抗性受一對隱性基因控制,被初步定位在7B染色體上(另文發(fā)表),與其緊密連鎖的SSR標記Barc267

在后代品種中均被檢測到(圖1),表明該抗性基因很好地傳遞給了后代品種。這些新品種的育成將對進一步提高四川小麥單產、減輕條銹病危害發(fā)揮重要作用。

表3 綿麥37特異位點不同染色體的遺傳貢獻率

圖2 綿麥367部分染色體上來自于綿麥37的遺傳位點

利用分子標記追蹤骨干親本特異位點在后代衍生品種中的遺傳軌跡,有利于優(yōu)異基因的挖掘。陳國躍等[8]利用骨干親本繁 6及其衍生品種的條銹病成株期抗性與SSR標記關聯分析,發(fā)現了6個與小麥條銹病成株期抗性顯著相關的遺傳位點; 李小軍等[5]發(fā)現了小麥骨干親本歐柔中Xwmc710、Xbarc235和Xbarc252等3個位點高頻率傳遞給后代并與穗粒數和產量相關。廖杰等[33]檢測川麥42遺傳背景中人工合成小麥位點顯著低于理論值,但這些位點可能與選擇目標性狀如抗條銹性密切相關。本研究發(fā)現,高產品種綿麥367中來自于綿麥37的位點達78.9%,顯著高于理論值50%,部分染色體更是100%來自于綿麥37。這可能是由于人工選擇的結果,導致綿麥37遺傳位點在后代A、B、D染色體組以及不同染色體上分布不均。那些被高頻率保留的位點,可能與育種目標性狀如穗粒數、抗病性緊密連鎖,在人工定向選擇壓力下,較好地傳遞給了后代。根據產量構成分析,衍生品種的豐產性提高主要來自于穗粒數的貢獻,這與育種學家選擇大穗型品種的育種目標是吻合的。但是,哪些位點與穗粒數相關？哪些位點與抗病性相關？還有待進一步研究。

國內外長期育種實踐表明,用于雜交的兩個親本材料,其綜合性狀應該盡可能好; 兩親本不能有共同的缺點,互補性要強,產量構成因素的一般配合力要好,遺傳關系應相對較遠[1,2]; 這樣后代理想基因型出現的機會更大。本研究發(fā)現,綿麥37與川麥43遺傳多樣性達39.0%,這可能是該組合能夠快速育成綿麥367等4個高產品種以及一批新品系的原因之一。值得指出的是,優(yōu)良親本的創(chuàng)制和利用能有效提高育種效率,但應避免過分集中使用單一親本,導致遺傳基礎狹窄和抗性過快喪失。

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