黃義文，代旭冉，劉宏偉，楊 麗，買春艷,，于立強(qiáng)， 劉朝輝，李洪杰，周 陽(yáng)，張宏軍

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所/作物分子育種國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100081； 2.新鄉(xiāng)矮敗小麥育種技術(shù)創(chuàng)新中心， 河南新鄉(xiāng) 453731； 3.石家莊市農(nóng)林科學(xué)研究院趙縣試驗(yàn)基地，河北趙縣 051530)

小麥?zhǔn)鞘澜绲谝淮蠹Z食作物，為人類提供約20%的熱量和蛋白質(zhì)[1-2]。中國(guó)是世界上最大的小麥生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)[3]。中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，2019年中國(guó)生產(chǎn)小麥1.33億t，消費(fèi)小麥 1.28億t。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1962―2012年，中國(guó)人口增長(zhǎng)了1倍，而小麥的消費(fèi)量卻增長(zhǎng)了6倍[4]。由此可見，人口的不斷增長(zhǎng)對(duì)小麥產(chǎn)量的提高提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

穗發(fā)芽是影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素。世界上許多小麥主產(chǎn)國(guó)如中國(guó)、美國(guó)、加拿大、法國(guó)和澳大利亞等均受到不同程度穗發(fā)芽的影響[5]。穗發(fā)芽導(dǎo)致小麥的價(jià)格下降20%～50%，全世界每年由于小麥穗發(fā)芽引起的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)10億美元[6]。在中國(guó)，83%的小麥?zhǔn)艿讲煌潭人氚l(fā)芽的影響[7]。穗發(fā)芽對(duì)小麥的危害主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是穗發(fā)芽降低了面團(tuán)的延展性和彈性，使面團(tuán)的保水能力降低，淀粉的糊化、凝膠化和回生特性改變，從而顯著影響面條、蛋糕、面包的品質(zhì)；二是穗發(fā)芽后籽粒中的儲(chǔ)藏物不斷被水解、消耗，導(dǎo)致容重和千粒重下降，嚴(yán)重影響小麥產(chǎn)量[8-10]；三是穗發(fā)芽導(dǎo)致種子發(fā)芽勢(shì)減弱，苗小苗弱，甚至造成出苗率嚴(yán)重下降，給農(nóng)戶和種子經(jīng)營(yíng)者造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

為避免或減少小麥?zhǔn)斋@后籽粒晾曬的人工成本，近年來(lái)我國(guó)越來(lái)越多的地區(qū)要等到小麥籽粒含水量降到入庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)才開始收獲，導(dǎo)致收獲期推遲，大大增加了穗發(fā)芽風(fēng)險(xiǎn)。因此，我國(guó)小麥生產(chǎn)對(duì)品種的穗發(fā)芽抗性必將提出更高的要求。本文從小麥穗發(fā)芽抗性QTLs/基因發(fā)掘、功能標(biāo)記開發(fā)、穗發(fā)芽主要抗源以及抗穗發(fā)芽分子育種方面進(jìn)行綜述，并對(duì)今后小麥穗發(fā)芽抗性研究重點(diǎn)及育種思路進(jìn)行討論，以期為更有效地開展穗發(fā)芽遺傳研究和指導(dǎo)穗發(fā)芽抗性育種提供參考。

1 已發(fā)掘的小麥穗發(fā)芽抗性位點(diǎn)

小麥穗發(fā)芽抗性是由多基因控制的數(shù)量性狀。目前，定位到的與小麥穗發(fā)芽抗性相關(guān)的QTLs有42個(gè)，分布在除1D、4D和7D之外的18條染色體上(圖1)，可解釋4.9%～48.3%的表型變異[5,10]，其中，主效QTLs集中在3AS和4AL染色體上[5,10]。

Mares[11]應(yīng)用非整倍體最早在小麥3AS染色體上發(fā)現(xiàn)一個(gè)與籽粒休眠有關(guān)的QTL。此后，Osa等[12]利用Zenkoujikomugi(強(qiáng)休眠性)/中國(guó)春(弱休眠性)RIL群體在3AS和3AL染色體上定位到兩個(gè)與穗發(fā)芽抗性有關(guān)的主效QTLs (QPhs.ocs-3A.1和QPhs.ocs-3A.2)，其中，QPhs.ocs-3A.2與TaVp-1基因相同。 Shao等[13]研究發(fā)現(xiàn)，QPhs.ocs-3A.1能夠在多個(gè)環(huán)境下穩(wěn)定表達(dá)，可解釋23%～38%的表型變異，且在不同的抗穗發(fā)芽小麥品種中均能被檢測(cè)到。Nakamura等[14]和Liu等[15]分別在紅粒和白粒品種中克隆了QPhs.ocs-3A.1的候選基因TaMFT-3A(TaPHS1)。

Torada等[16]在4AL染色體上發(fā)現(xiàn)另一個(gè)與籽粒休眠有關(guān)的QTL，被命名為phs1。Kato等[17]利用AC Domain(強(qiáng)休眠性)/小麥Haruyutaka(弱休眠性)雙單倍體(doubled haploid，DH)群體，在4AL染色體上定位到一個(gè)主效QTL(QPhs.ocs-4A.1)，該位點(diǎn)在不同國(guó)家的抗穗發(fā)芽小麥品種AUS1408(南非)、SW95-50213(中國(guó))和AUS1490(澳大利亞)中都存在，可解釋30%～38%表型變異[18-19]。Torada等[16]圖位克隆了phs1位點(diǎn)的候選基因TaMKK3-A。

2 小麥抗穗發(fā)芽基因克隆及功能標(biāo)記開發(fā)

目前，已經(jīng)克隆了6個(gè)與小麥穗發(fā)芽抗性相關(guān)的基因，包括TaSdr、TaMFT-3A、TaDFR、Tamyb10、TaVp-1和TaMKK3-A。檢測(cè)穗發(fā)芽抗性基因不同等位基因的功能標(biāo)記詳細(xì)信息見表1。

2.1 TaSdr基因

Zhang等[20]在小麥2A、2B和2D染色體上克隆到3個(gè)與水稻OsSdr4同源的基因，分別命名為TaSdr-A1、TaSdr-B1和TaSdr-D1。TaSdr-A1基因在編碼區(qū)+643 bp位置存在一個(gè)SNP(G/A)，利用這個(gè)SNP開發(fā)的CAPS標(biāo)記Sdr2A可區(qū)分TaSdr-A1a等位基因(抗穗發(fā)芽)和TaSdr-A1b等位基因(感穗發(fā)芽)[20]。在TaSdr-B1基因起始密碼子上游-11 bp的位置存在一個(gè)SNP(A/G)，由其開發(fā)的CAPS分子標(biāo)記Sdr2B可檢測(cè)等位基因TaSdr-B1a(抗穗發(fā)芽)和TaSdr-B1b(感穗發(fā)芽)[21]。TaSdr-D1基因在抗、感材料間沒有序列差異。

2.2 TaMFT-3A基因

在擬南芥種子萌發(fā)過(guò)程中，MFT(MOTHER OF FT AND TFL1)基因通過(guò)調(diào)控脫落酸(ABA)和赤霉素(GA)的信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)種子的休眠[22]。Nakamura等[14]利用Zenkoujikomugi(紅粒、強(qiáng)休眠性)/中國(guó)春(白粒、弱休眠性)F2群體將TaMFT-3A基因定位于3A染色體上，并且克隆了該基因。Liu等[15]在白?？顾氚l(fā)芽品種Rio Blanco中重復(fù)定位到QPhs.ocs-3A.1，并圖位克隆其候選基因TaPHS1，還證實(shí)TaPHS1與TaMFT-3A為同一基因。TaMFT-3A基因在啟動(dòng)子區(qū)-222 bp處存在一個(gè)SNP(T/C)，據(jù)此開發(fā)了CAPS標(biāo)記MFT-3A，用來(lái)檢測(cè)抗、感兩個(gè)等位基因[14]。此外，Jiang等[23]在TaMFT-3A基因啟動(dòng)子-194 bp位置發(fā)現(xiàn)有一個(gè)33個(gè)堿基的插入或缺失，并與穗發(fā)芽抗性密切相關(guān)，據(jù)此開發(fā)了分子標(biāo)記MFT-A2，可用來(lái)檢測(cè)等位基因TaMFT-3Aa(抗穗發(fā)芽)和TaMFT-3Ab(感穗發(fā)芽)。Liu等[15]在TaPHS1編碼區(qū)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)SNP，分別位于+646和+666 bp位置，利用這兩個(gè)SNP開發(fā)了兩個(gè)STS標(biāo)記，并證實(shí)攜帶不同等位基因的材料間發(fā)芽率呈顯著差異。Lei等[24]還發(fā)現(xiàn)TaMFT-3A基因編碼區(qū)有一個(gè)12 bp的插入，且與穗發(fā)芽抗性有關(guān)，并據(jù)此開發(fā)了分子標(biāo)記MFT-A1，用來(lái)檢測(cè)等位基因MFT-A1a(抗穗發(fā)芽)和MFT-A1b(感穗發(fā)芽)。

加粗字體表示小麥主要抗穗發(fā)芽基因。

2.3 TaDFR基因

TaDFR基因是控制普通小麥種皮顏色的關(guān)鍵基因。普通小麥TaDFR有3個(gè)同源基因TaDFR-A、TaDFR-B和TaDFR-D，分別位于3A、3B和3D染色體長(zhǎng)臂遠(yuǎn)端[25-26]。不同抗性材料間TaDFR-A、TaDFR-B和TaDFR-D基因序列比對(duì)發(fā)現(xiàn)，TaDFR-A和TaDFR-D基因沒有等位變異，而TaDFR-B基因則存在等位變異[27]。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，TaDFR-B基因啟動(dòng)子區(qū)域有一處8 bp的插入，且與穗發(fā)芽抗性密切相關(guān)，據(jù)此開發(fā)了分子標(biāo)記DFR-3B，用來(lái)檢測(cè)等位基因TaDFR-Ba/c(抗穗發(fā)芽)和TaDFR-Bb(感穗發(fā)芽)[27]。

2.4 Tamyb10基因

myb10是重要的調(diào)節(jié)基因，能夠激活結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，促進(jìn)色素的合成。Tamyb10基因通過(guò)影響小麥胚部對(duì)ABA的敏感性來(lái)影響小麥的休眠性[28]。Tamyb10基因有Tamyb10-A1、Tamyb10-B1和Tamyb10-D13個(gè)同源基因，分別位于3A、3B和3D染色體長(zhǎng)臂[29]。通過(guò)序列分析發(fā)現(xiàn)，Tamyb10-A1和Tamyb10-B1基因分別存在3種和2種等位變異。Tamyb10-A1的3個(gè)等位基因分別為Tamyb10-A1a(665 bp)、Tamyb10-A1b(536 bp)和Tamyb10-A1a*(2 750 bp)，攜帶不同等位基因的品種間穗發(fā)芽抗性差異不顯著[30-31]。Tamyb10-B1基因第二個(gè)外顯子有一處19 bp的缺失，據(jù)此開發(fā)了功能標(biāo)記Tamyb10-B，可用來(lái)檢測(cè)等位基因Tamyb10-B1a(感穗發(fā)芽)和Tamyb10-B1b(抗穗發(fā)芽)[31]。Wang等[32]通過(guò)比較抗、感材料中的Tamyb10-D1基因，開發(fā)出一個(gè)STS標(biāo)記Tamyb10-D，并發(fā)現(xiàn)Tamyb10-D1a(抗穗發(fā)芽)和Tamyb10-D1b(感穗發(fā)芽)等位基因間穗發(fā)芽抗性存在極顯著差異(P<0.01)。

表1 小麥抗穗發(fā)芽基因相關(guān)功能標(biāo)記信息Table 1 Information of functional markers for pre-harvest sprouting resistance genes in wheat

2.5 TaVp-1基因

Vp-1基因首先在玉米3號(hào)染色體上被發(fā)現(xiàn)[33]，是促進(jìn)胚成熟和休眠的主要轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子[34]。小麥TaVp-1基因被分別定位在3A、3B和3D染色體長(zhǎng)臂上[35]。目前小麥A和B基因組的Vp-1A和Vp-1B已經(jīng)開發(fā)了功能標(biāo)記。在中國(guó)地方品種永川白麥子、萬(wàn)縣白麥子和栽培品種西農(nóng)979等抗穗發(fā)芽種質(zhì)資源中存在兩個(gè)新等位基因Vp-1Bb和Vp-1Bc。與野生型Vp-1Ba相比，Vp-1Bb和Vp-1Bc分別在第三個(gè)內(nèi)含子區(qū)域存在193 bp的插入和83 bp的缺失，且這些插入和缺失片段均與穗發(fā)芽抗性緊密相關(guān)[36]。此外，在Vp-1B位點(diǎn)還存在另一個(gè)等位基因Vp-1Bf。與野生型Vp-1Ba序列比對(duì)，Vp-1Bf在第三個(gè)內(nèi)含子區(qū)域存在一個(gè)193 bp的插入和109 bp的缺失。表型分析發(fā)現(xiàn)，攜帶Vp-1Bf等位基因材料的平均發(fā)芽指數(shù)(20%)顯著低于野生型(58%)[37]。目前，Vp-1A基因存在6個(gè)等位基因，但只有Vp-1Ab(19%)與穗發(fā)芽抗性相關(guān)[38]。

2.6 TaMKK3-A基因

在小麥4AL染色體上定位到一個(gè)控制種子休眠的主效QTL(phs1)[39]。Torada等[40]利用加拿大強(qiáng)休眠性品種Leader和日本弱休眠性品種Haruyokoi雜交，并與Haruyokoi回交構(gòu)建BC3F2群體，將phs1定位在分子標(biāo)記Xhbe03和Xbarc170之間的2.9 cM區(qū)段；之后又通過(guò)圖位克隆獲得候選基因TaMKK3-A，該基因全長(zhǎng) 7 056 bp，包含11個(gè)外顯子和10個(gè)內(nèi)含子，編碼523個(gè)氨基酸[16]。MKK3基因編碼絲裂原活化蛋白激酶，參與ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，而ABA是高等植物種子休眠的重要因素[16]。在TaMKK3-A基因起始密碼子下游+665 bp處存在一個(gè)SNP (C/A)，根據(jù)這個(gè)SNP開發(fā)了功能標(biāo)記TaMKK3-A-caps，可用于檢測(cè)穗發(fā)芽抗性[16,19]。

3 小麥穗發(fā)芽主要抗源

穗發(fā)芽抗源是小麥穗發(fā)芽抗性育種的基礎(chǔ)，也為抗穗發(fā)芽基因挖掘提供了寶貴的遺傳材料。結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)一些抗穗發(fā)芽較好的小麥資源(表2)，具體如下：

豐產(chǎn)3號(hào)：原西北農(nóng)學(xué)院趙洪璋先生利用丹麥1號(hào)與西農(nóng)6028雜交培育的一個(gè)抗穗發(fā)芽白粒小麥品種，在連續(xù)兩年的穗發(fā)芽抗性鑒定試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)其平均發(fā)芽指數(shù)為3.9%[41]。宋 菲[42]利用豐產(chǎn)3號(hào)/84-1155 RIL群體，在1B、3A和6B染色體上定位到3個(gè)QTLs，其中，位于3A染色體上的QTL與上文介紹的TaMFT-3A(TaPHS1)基因位置相同。筆者在前期的研究中也證實(shí)，豐產(chǎn)3號(hào)含有TaMFT-3A抗性基因。

百農(nóng)3217：原河南省百泉農(nóng)專黃光正先生利用多親本復(fù)交培育成的高產(chǎn)多抗白粒小麥品種。經(jīng)過(guò)多年多點(diǎn)的穗發(fā)芽抗性鑒定試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)發(fā)芽指數(shù)均低于8%，并且含有Vp-Bc抗性等位基因[43]。在筆者前期的研究中，發(fā)現(xiàn)百農(nóng)3217含有和豐產(chǎn)3號(hào)相同的TaMFT-3A抗性等位基因。豐產(chǎn)3號(hào)和百農(nóng)3217是目前國(guó)內(nèi)較好的抗穗發(fā)芽白粒小麥品種，且農(nóng)藝性狀相對(duì)較好，可以作為抗穗發(fā)芽育種親本。

萬(wàn)縣白麥子：四川萬(wàn)縣地方品種，Zhang等[44]發(fā)現(xiàn)其平均發(fā)芽指數(shù)低于8%，并利用萬(wàn)縣白麥子/京411和萬(wàn)縣白麥子/中優(yōu)9507兩個(gè)RIL群體，分別在3AS和3BL染色體上定位到一個(gè)主效QTLs，其中，3AS染色體上的QTL可解釋25.6%～48.3%的表型變異，與TaMFT-3A(TaPHS1)基因位置相同；3BL染色體上的位點(diǎn)可解釋23.5%～37.8%的表型變異，與TaVp-1B基因位置相同。

禿頭麥：四川省地方品種，Chen等[45]在5年的穗發(fā)芽抗性鑒定試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，籽粒發(fā)芽指數(shù)均低于10%，并利用禿頭麥/泗陽(yáng)936 RIL群體，在4AL染色體上定位到一個(gè)主效QTL，可解釋 28.3%～30.6%的表型變異，與TaMKK3-A基因共分離。此外，禿頭麥也含有TaMFT-3A抗性等位基因[46]。

Danby：美國(guó)堪薩斯州立大學(xué)通過(guò)Trego與KS84063-9-39-3-8w雜交選育的白粒小麥品種，具有較強(qiáng)的穗發(fā)芽抗性。Shao等[13]利用Danby/Tiger DH群體在3AS、3BS和5AL染色體上定位到3個(gè)QTLs，其中位于3AS染色體上的主效QTL(TaMFT-3A)可解釋21.6%～41.0%的表型變異。

Rio Blanco：美國(guó)堪薩斯州Agripro生物科學(xué)公司培育的白粒冬小麥品種，是抗穗發(fā)芽育種的優(yōu)異親本[47]。Liu等[48]在3AS染色體定位到一個(gè)抗穗發(fā)芽的主效QTL(QPhs.pseru-3AS)，可解釋18.5%～41.0%的表型變異。之后，并進(jìn)一步對(duì)這個(gè)主效QTL進(jìn)行精細(xì)定位，并成功克隆了抗穗發(fā)芽基因TaPHS1(TaMFT-3A)[15，49]。

Zenkoujikomugi：日本紅粒小麥品種，具有極高的種子休眠性和穗發(fā)芽抗性。Mori等[50]在3年的穗發(fā)芽抗性鑒定試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)其發(fā)芽指數(shù)均在2%左右，并在3AS染色體上定位到一個(gè)與休眠相關(guān)的主效QTL，可解釋11.6%～44.8%的表型變異。Nakamura等[14]利用Zenkoujikomugi/中國(guó)春染色體片段代換系，成功克隆該QTL候選基因TaMFT-3A。

表2 不同小麥穗發(fā)芽抗源攜帶的抗性基因/位點(diǎn)Table 2 Genes/QTLs associated with the pre- harvest sprouting resistance detected in different wheat resistance sources

4 小麥抗穗發(fā)芽分子育種研究進(jìn)展

小麥穗發(fā)芽抗性是一個(gè)由多基因控制的復(fù)雜數(shù)量性狀，單純的表型篩選易受環(huán)境條件的影響，選擇效率較低。小麥穗發(fā)芽抗性基因/QTLs的發(fā)掘和相關(guān)功能標(biāo)記/連鎖標(biāo)記的開發(fā)，對(duì)開展穗發(fā)芽抗性分子標(biāo)記輔助育種和提高育種效率奠定了基礎(chǔ)。

4.1 分子標(biāo)記輔助選擇育種

在目前已定位和克隆的穗發(fā)芽抗性QTLs和基因中，位于3AS染色體上的TaMFT-3A(TaPHS1)基因和4AL染色體上的TaMKK3-A應(yīng)用效果最好。利用分子標(biāo)記輔助回交策略，Lin等[46]將含有TaMFT-3A和TaMKK3-A兩個(gè)抗性基因的白粒小麥品種Tutoumai A和AUS1408分別與美國(guó)穗發(fā)芽敏感小麥品種NW97S186雜交并連續(xù)回交，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，TaMFT-3A抗性等位基因在多個(gè)環(huán)境下均能夠增強(qiáng)穗發(fā)芽抗性；TaMKK3-A抗性等位基因也能夠增強(qiáng)穗發(fā)芽抗性，但易受環(huán)境條件影響；兩個(gè)抗性等位基因同時(shí)存在時(shí)，穗發(fā)芽抗性顯著增強(qiáng)。日本紅?？顾氚l(fā)芽小麥品種Zenkoujikomugi含有TaMFT-3A、R和QPhs-5AL三個(gè)抗性基因[14,50]，Kottearachchi等[52]利用Zenkoujikomugi的抗性基因改良日本白粒小麥品種Spica的穗發(fā)芽抗性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，后代紅粒小麥和白粒小麥中含有TaMFT-3ARILs的穗發(fā)芽抗性均明顯好于不含有TaMFT-3A的RILs，說(shuō)明TaMFT-3A能夠有效地增強(qiáng)穗發(fā)芽抗性。通過(guò)回交結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇，Kumar等[53]將小麥品種SPR8198(抗性等級(jí)為1)的抗性QTL(QPhs.ccsu-3A.1)導(dǎo)入到印度穗發(fā)芽敏感小麥品種HD2329(抗性等級(jí)為9)中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，11個(gè)BC3F3后代抗性等級(jí)為2～6級(jí)，其中，有7個(gè)抗性等級(jí)為2～4級(jí)，抗穗發(fā)芽能力明顯提高。為了證實(shí)4AL染色體上主效QTL(QPhs-4AL)的有效性，Singh等[54]利用加拿大60個(gè)小麥品種和高代系對(duì)QPhs-4AL緊密連鎖的分子標(biāo)記DuPw004、Barc170和Wmc650進(jìn)行驗(yàn)證，并證實(shí)這些標(biāo)記可用于穗發(fā)芽抗性分子標(biāo)記輔助選擇。

國(guó)內(nèi)穗發(fā)芽抗性分子標(biāo)記輔助選擇育種進(jìn)展相對(duì)緩慢，因此，亟待加強(qiáng)。Xiao等[55]通過(guò)利用攜帶QPhs.pseru-3AS位點(diǎn)的地方品種萬(wàn)縣白麥子作為供體，與不抗穗發(fā)芽的京411進(jìn)行雜交，利用4個(gè)連鎖標(biāo)記Xbarc57、Xbarc294、Xbarc310和Xbarc321對(duì)后代穗發(fā)芽抗性進(jìn)行選擇，培育出小麥新品種中麥911，兩年的平均發(fā)芽指數(shù)為 13.2%，穗發(fā)芽抗性比親本京411明顯增強(qiáng)。白粒小麥品種安農(nóng)0711，在2014年通過(guò)安徽省審定，該品種聚合了親本百農(nóng)64和矮早781 3BL和3AS染色體上抗穗發(fā)芽基因的優(yōu)異等位變異，因而具有較低的發(fā)芽指數(shù)、種子發(fā)芽率以及整穗發(fā)芽率[56]。

4.2 轉(zhuǎn)基因育種

盡管轉(zhuǎn)基因技術(shù)在抗除草劑、抗蟲等方面取得巨大成功，并有較多報(bào)道，但在小麥穗發(fā)芽抗性改良方面報(bào)道相對(duì)較少。Vp-1基因編碼的轉(zhuǎn)錄因子參與ABA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，控制種子休眠，與小麥和其他谷物的穗發(fā)芽抗性有關(guān)[34]。Huang等[57]將玉米的Vp-1基因包括啟動(dòng)子和編碼區(qū)轉(zhuǎn)入到小麥品種鄭麥9023中，轉(zhuǎn)基因T3、T4和T5代種子的發(fā)芽指數(shù)與野生型鄭麥9023相比，分別降低了79%、80%和82%，表明玉米的Vp-1基因能夠有效提高籽粒的休眠性，增強(qiáng)小麥抗穗發(fā)芽能力。DOG1是擬南芥中影響種子休眠的一個(gè)重要基因[58]。Ashikawa等[59]將小麥的TaDOG1L4和大麥的HvDOG1L1兩個(gè)DOG1-like基因通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)入到小麥品種Fielder中，過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株能夠明顯提高籽粒的休眠性，且TaDOG1L4對(duì)小麥穗發(fā)芽的抗性改良更 有效。

4.3 抗穗發(fā)芽基因編輯育種

CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)基因編輯技術(shù)在過(guò)去短短幾年內(nèi)取得飛速發(fā)展，已經(jīng)成為植物功能基因研究和作物遺傳改良的重要工具[60-61]。Qsd1基因編碼丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶，是控制大麥籽粒休眠的一個(gè)重要基因[62]。2019年，Abe等[63]利用CRISP/Cas9技術(shù)對(duì)Qsd1小麥同源基因進(jìn)行編輯，試圖通過(guò)延長(zhǎng)籽粒的休眠性來(lái)提高小麥的抗穗發(fā)芽能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，被編輯后的小麥比野生型休眠期明顯延長(zhǎng)，穗發(fā)芽抗性得到顯著提高。除了小麥，該技術(shù)同樣應(yīng)用于其他禾谷類作物穗發(fā)芽抗性改良，如Jung等[64]通過(guò)CRISPR/Cas9技術(shù)敲除OsVp1基因后，水稻籽粒的休眠性明顯降低。miR156是水稻一個(gè)重要產(chǎn)量調(diào)節(jié)因子，Miao等[65]發(fā)現(xiàn)通過(guò)基因編輯MIR156家族成員MIR156a、MIR156b、MIR156c、MIR156k和MIR156l，能夠抑制GA通路，進(jìn)而增強(qiáng)籽粒的休眠性，而且編輯這些基因?qū)λ局晷徒Y(jié)構(gòu)和籽粒大小沒有不利影響。

5 小麥穗發(fā)芽研究的重點(diǎn)和抗性育種思路

雖然小麥穗發(fā)芽抗性研究取得了較大進(jìn)展，且分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)在許多國(guó)家已被廣泛用于小麥穗發(fā)芽抗性育種，但今后仍需加強(qiáng)以下幾方面的工作：(1)加強(qiáng)穗發(fā)芽抗源的收集、鑒定和利用。目前公認(rèn)的小麥穗發(fā)芽抗源十分有限，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)地方品種和近緣種的發(fā)掘和鑒定工作，同時(shí)，對(duì)生產(chǎn)上推廣品種的穗發(fā)芽抗性鑒定工作也需要加強(qiáng)，由于這類品種農(nóng)藝性狀通常較好，一旦鑒定出穗發(fā)芽抗性好的品種，可以直接作為抗源用于穗發(fā)芽抗性改良。(2)加強(qiáng)穗發(fā)芽抗性基因的發(fā)掘。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的小麥穗發(fā)芽抗性相關(guān)的QTLs主要集中在3A和4A染色體上。整體而言，主效位點(diǎn)偏少。因此，在加強(qiáng)種質(zhì)資源穗發(fā)芽抗性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)積極開展穗發(fā)芽抗性基因的發(fā)掘。小麥基因組測(cè)序工作已經(jīng)取得突破性進(jìn)展，為穗發(fā)芽抗性基因研究提供了便利條件。(3)加強(qiáng)分子標(biāo)記輔助及標(biāo)記聚合育種工作。盡管已有利用基因編輯和轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得抗穗發(fā)芽材料的成功實(shí)例，但這類材料很難獲得安全證書，只能用于基礎(chǔ)研究，難于直接用于生產(chǎn)。分子標(biāo)記輔助選擇育種將是主要的分子育種手段之一。目前國(guó)外在利用TaMFT-3A和TaMKK3-A基因改良穗發(fā)芽抗性方面取得了一定進(jìn)展，但是國(guó)內(nèi)利用分子標(biāo)記輔助選擇育成抗穗發(fā)芽并大面積推廣的品種鮮有報(bào)道，聚合不同抗穗發(fā)芽基因的分子聚合育種的實(shí)例更少。(4)盡快完善穗發(fā)芽抗性鑒定評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。穗發(fā)芽籽粒鑒定法費(fèi)工費(fèi)時(shí)，不適合育種上大量的育種材料篩選，而且該方法是在脫粒以后對(duì)穗發(fā)芽特性進(jìn)行鑒定，沒有考慮到穗部結(jié)構(gòu)對(duì)穗發(fā)芽的影響，其鑒定結(jié)果與穗部結(jié)構(gòu)的相關(guān)性還有待進(jìn)一步研究；建議利用該方法計(jì)算穗發(fā)芽指數(shù)時(shí)，增加相對(duì)發(fā)芽指數(shù)的指標(biāo)(即待測(cè)材料發(fā)芽指數(shù)與對(duì)照品種發(fā)芽指數(shù)的比值)，以便更有效地進(jìn)行不同年份、不同條件下材料間穗發(fā)芽抗性水平的比較。小麥抗穗發(fā)芽性鑒定方法(NY/T 1739-2009)在標(biāo)準(zhǔn)操作程序上還有待完善。筆者發(fā)現(xiàn)按照該鑒定方法進(jìn)行穗發(fā)芽鑒定時(shí)，如果把穗子浸泡4 h，往往造成具有不同穗發(fā)芽抗性的白粒小麥品種均表現(xiàn)出較高的發(fā)芽指數(shù)，難于把具有不同穗發(fā)芽抗性的白粒小麥品種區(qū)分開來(lái)。(5)擴(kuò)大回交育種群體。由于目前鑒定出的小麥抗穗發(fā)芽資源非常有限，抗穗發(fā)芽育種經(jīng)常使用一些農(nóng)藝性狀和適應(yīng)性較差、但穗發(fā)芽抗性較好的材料做親本。為了快速提高小麥品種對(duì)穗發(fā)芽的抗性，同時(shí)又保持改良后較好的農(nóng)藝性狀和適應(yīng)性，回交育種結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇是抗穗發(fā)芽育種最有效的方法之一。結(jié)合本課題組在黃淮麥區(qū)小麥抗赤霉病分子育種方面取得的進(jìn)展[66]，目前我們正嘗試?yán)孟嗤难芯克悸穪?lái)改良該麥區(qū)的小麥穗發(fā)芽抗性。在前期工作中，本課題組培育了骨干親本的矮敗小麥近等基因系，比如矮敗周麥16、矮敗鄭麥9023、矮敗濟(jì)麥22、矮敗周麥18等，利用這些骨干親本的矮敗近等基因系作為受體親本，抗穗發(fā)芽種質(zhì)資源作為穗發(fā)芽抗性基因的供體親本，進(jìn)行雜交和回交，通過(guò)分子標(biāo)記對(duì)抗穗發(fā)芽基因進(jìn)行跟蹤選擇。由于利用矮敗小麥做雜交時(shí)不需要人工去雄，可以創(chuàng)建大規(guī)模的回交育種群體，在較低的回交世代里就有可能獲得主要農(nóng)藝性狀基本恢復(fù)到輪回親本類型、同時(shí)攜帶抗穗發(fā)芽基因的后代材料，從而加快抗穗發(fā)芽育種速度。(6)加強(qiáng)分子標(biāo)記輔助選擇育種技術(shù)和表型鑒定技術(shù)相結(jié)合。在低回交世代，通常通過(guò)分子標(biāo)記跟蹤目標(biāo)基因，高世代主要采取整穗發(fā)芽鑒定法對(duì)育種材料進(jìn)行表型鑒定。根據(jù)穗發(fā)芽鑒定結(jié)果，決定田間收獲單株的取舍。