關(guān)鍵詞：信麥163;遺傳貢獻(xiàn)；55K育種芯片；單核苷酸多態(tài)性（SNP）

小麥?zhǔn)且环N重要的糧食作物，據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食與農(nóng)業(yè)組織（FAO） 2019年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球約有2.15億公頃的種植面積以及約7.5億噸累計(jì)年產(chǎn)量。優(yōu)良的品種資源是小麥高效生產(chǎn)的重要保障，育種家們已培育出了許多優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)小麥品種，為糧食安全做出了杰出貢獻(xiàn)。骨干親本是指在長(zhǎng)期和廣泛的育種過程中被反復(fù)用作親本，并且用其培育出較多大面積推廣品種或衍生出大量品種的種質(zhì)材料。我國(guó)大面積推廣（年推廣面積超過66.7萬(wàn)公頃）的小麥品種，絕大部分都含有骨干親本或骨干親本的衍生系。著名的骨干親本有阿勃、勝利麥、南大2419、矮孟牛、周8425B、繁6、碧螞4號(hào)、小偃6號(hào)等，在小麥品種選育與改良中發(fā)揮了重要作用。近些年學(xué)者們對(duì)各地區(qū)各時(shí)期小麥骨干親本或代表性品種的遺傳組成進(jìn)行了較多研究，這對(duì)小麥品種改良利用和推廣應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

親本的遺傳物質(zhì)由于人工選擇干預(yù)往往在后代中發(fā)生偏分離現(xiàn)象，僅通過系譜分析、生理生化性狀分析和形態(tài)分析不能完全準(zhǔn)確地反映出品種間的親緣關(guān)系。隨著分子生物技術(shù)的發(fā)展，研究者開始利用分子標(biāo)記從分子水平上研究小麥親本及其衍生品種的遺傳物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)。單核苷酸多態(tài)性（SNP）在生物基因組中普遍存在，具有遺傳穩(wěn)定性高、位點(diǎn)豐富、密度高、代表性強(qiáng)、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化快速檢測(cè)、單個(gè)標(biāo)記檢測(cè)成本低等特點(diǎn)，與DNA微陣列和芯片技術(shù)的結(jié)合使SNP標(biāo)記成為繼RFLP和SSR標(biāo)記之后最有前途的第三代分子標(biāo)記。近些年隨著小麥測(cè)序工作的突破性進(jìn)展和測(cè)序數(shù)據(jù)的大量積累，先后開發(fā)出小麥IIIumina Select 9K、Affymetrix Axiom 55K、II-lumina Wheat 90K、Affymetrix Axiom 660K等芯片，在小麥遺傳多樣性、數(shù)量性狀遺傳分析、基因組研究以及株高、產(chǎn)量、品質(zhì)等性狀的關(guān)聯(lián)分析等方面發(fā)揮著重要作用。55KSNP芯片探針位點(diǎn)數(shù)共53007個(gè)，包含大量精心挑選的二倍體化的標(biāo)記，有效標(biāo)記多且質(zhì)量高、穩(wěn)定性好；該芯片基于小麥RefSeqv1.0版本基因組設(shè)計(jì)，其中49060個(gè)標(biāo)記有明確物理位置信息，基因組信息完善，而且標(biāo)記較均勻地覆蓋了小麥全基因組：該芯片是384制式芯片，一次可檢測(cè)384個(gè)樣品的標(biāo)記信息，具有高通量檢測(cè)的特點(diǎn)。吳勝男等利用55KSNP對(duì)小麥品種陜農(nóng)33的遺傳構(gòu)成進(jìn)行分析，楊瑞晗等利用55KSNP芯片解析豐德存麥5號(hào)的遺傳基礎(chǔ)，均取得了良好效果。

信麥163是以信陽(yáng)234為母本、豐抗38為父本雜交選育而成，2022年通過國(guó)家農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定，已被轉(zhuǎn)讓給信陽(yáng)鴻潤(rùn)家庭農(nóng)場(chǎng)有限公司。該品種葉片寬長(zhǎng)，葉色深綠，分蘗力強(qiáng)，株型緊湊，抗倒性較好，整齊度好，穗層整齊，熟相好，白粒，籽粒軟（粉）質(zhì)、飽滿度高，感條銹病，高感白粉病、葉銹病、紋枯病，中感赤霉病，是目前信陽(yáng)地區(qū)主推小麥品種，并且利用其作為親本已培育出較多穩(wěn)定且優(yōu)良的高代品系。本研究利用小麥55KSNP芯片對(duì)信麥163及其親本進(jìn)行分子檢測(cè)，旨在明確該品種的遺傳物質(zhì)組成，同時(shí)為其育種改良和在生產(chǎn)上的推廣應(yīng)用提供理論參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試材料為信麥163及其母本信陽(yáng)234和父本豐抗38，均由信陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所提供。

1.2基因組DNA提取

2022年11月，每個(gè)小麥品種選籽粒飽滿的種子30粒置于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，在光照培養(yǎng)箱內(nèi)25℃水培，待長(zhǎng)到一葉一心時(shí)選取幼嫩葉片-80℃冷凍保存，備用。取冷凍樣品用液氮研磨后采用天根高效植物基因組DNA提取試劑盒（DP350）提取基因組DNA。DNA濃度檢測(cè)用NanoDrop ND-1000分光光度計(jì)進(jìn)行，DNA樣品的質(zhì)量通過1%瓊脂糖凝膠在150V電泳45min進(jìn)行檢測(cè)。

1.3 55KSNP芯片分析及信麥163基因型圖譜的繪制

由新疆康普森生物技術(shù)有限公司完成55KSNP芯片結(jié)果分析，統(tǒng)計(jì)信麥163與兩親本間存在差異的位點(diǎn)數(shù)，當(dāng)信麥163的分型結(jié)果與信陽(yáng)234 -致時(shí)計(jì)為信陽(yáng)234的貢獻(xiàn)位點(diǎn)，當(dāng)信麥163分型結(jié)果與豐抗38 -致時(shí)計(jì)為豐抗38的貢獻(xiàn)位點(diǎn)，計(jì)算母本和父本對(duì)其的遺傳貢獻(xiàn)率。父（母）本遺傳貢獻(xiàn)率=父（母）本貢獻(xiàn)位點(diǎn)數(shù)／兩親本間差異位點(diǎn)數(shù)。

采用PLANTGMAP（http：//183.223.252.63：3333/）查找信麥163與其父母本相同的SNP位點(diǎn)；參考小麥RefSeq v1.0版本基因組信息，利用Python語(yǔ)言（https：//www. python.org）繪制信麥163的基因型圖譜。

2結(jié)果與分析

2.1多態(tài)性SNP位點(diǎn)在信麥163親本基因組上的差異分析

采用55KSNP芯片共獲得53007個(gè)SNP位點(diǎn)，進(jìn)行質(zhì)控篩選后得到40465個(gè)具有染色體定位的SNP位點(diǎn)，其中父母本間表現(xiàn)多態(tài)性的位點(diǎn)9201個(gè)，占比22.7%。這些位點(diǎn)不均勻地分布于小麥的21條染色體上，在A、B、D基因組上的分布也不均勻，但基本上都表現(xiàn)為兩親本的相同位點(diǎn)數(shù)遠(yuǎn)多于差異位點(diǎn)數(shù)（圖1）。其中，B基因組的差異位點(diǎn)數(shù)所占比例最高，為25.5%;D基因組的差異位點(diǎn)數(shù)所占比例最小，為23.6%。

2.2親本對(duì)信麥163的遺傳貢獻(xiàn)分析

在染色體水平上，母本信陽(yáng)234對(duì)信麥163的遺傳貢獻(xiàn)范圍為10.72%（4D）～64.94%（7B），在7B染色體上的遺傳信息有64.94%是母本信陽(yáng)234傳遞給信麥163的（表1、圖2）；父本豐抗38對(duì)信麥163的遺傳貢獻(xiàn)率為35.06%～89.28%，其中遺傳貢獻(xiàn)率超過60.00%的染色體有2條，分別為3A和4D，這兩條染色體上分別有62.44%和89.28%的遺傳信息是由豐抗38傳遞給信麥163的（表1、圖3）。

在全基因組水平（表1）上，兩親本對(duì)信麥163的遺傳貢獻(xiàn)大致相當(dāng)（母本49.60%，父本50.40%），但在4A、5A、7A、4B、5B、6B、7B、1D、5D、6D和7D共11條染色體上表現(xiàn)為信陽(yáng)234的遺傳貢獻(xiàn)大于豐抗38，而在1A、2A、3A、6A、1B、2B、3B、2D、3D和4D共10條染色體上則表現(xiàn)為豐抗38的遺傳貢獻(xiàn)超過信陽(yáng)234。從3個(gè)基因組看，信陽(yáng)234的遺傳貢獻(xiàn)率為B基因組gt;A基因組gt;D基因組，豐抗38的遺傳貢獻(xiàn)率為D基因組gt;A基因組gt;B基因組。在A基因組上，信陽(yáng)234的遺傳貢獻(xiàn)率為49.34%，豐抗38的遺傳貢獻(xiàn)率為50.66%：在B基因組上，信陽(yáng)234和豐抗38的遺傳貢獻(xiàn)率分別為52.52%和47.48%；在D基因組上，信陽(yáng)234和豐抗38的遺傳貢獻(xiàn)率分別為45.61%和54.39%。

2.3親本遺傳信息在信麥163染色體上的分布

根據(jù)得到的40 465個(gè)有效SNP位點(diǎn)信息，利用Python語(yǔ)言繪制信麥163的基因圖譜（圖4），可以看出，兩親本的遺傳信息主要以染色體大片段形式傳遞到子代信麥163中，如1A、1D、3A、3B、3D、4D、6B、7A、7D染色體，其中在3A、4D、6B染色體上的染色體大片段是由位于同一遺傳距離的數(shù)百個(gè)SNP位點(diǎn)構(gòu)成。信麥163染色體大片段在整合遺傳圖譜中表現(xiàn)為保守遺傳，只有在1B、2A、2B、2D、4A、5A、5B、6A、7B染色體上有大片段非親本等位基因的變異，表現(xiàn)為較多的重組，其中2B染色體上重組片段多而且大：在另外的12條染色體上沒有出現(xiàn)較多的染色體大片段重組。信麥163在D組染色體上集成信陽(yáng)234和豐抗38共有的區(qū)段較為集中，而且是父本豐抗38遺傳給信麥163的區(qū)段較多。在3A、4D染色體上分布著豐抗38較多的遺傳位點(diǎn)，即這兩條染色體的遺傳信息絕大部分是由豐抗38傳遞給信麥163的；在6B、7A、7B、7D染色體上分布著信陽(yáng)234較多的遺傳位點(diǎn)，即這四條染色體遺傳信息絕大部分是由信陽(yáng)234傳遞給信麥163;在2A、5A、6A、2B、4B染色體上信麥163差異SNP來(lái)源于親本信陽(yáng)234和豐抗38的比例接近。可見，SNP基因型圖譜分析結(jié)果與SNP位點(diǎn)分析和遺傳貢獻(xiàn)率分析結(jié)果具有較好的一致性。

3討論與結(jié)論

小麥55KSNP芯片有效標(biāo)記多且質(zhì)量高、穩(wěn)定性好，基因組信息完善，標(biāo)記分布均勻，有效標(biāo)記檢測(cè)比例高，有很高的研究利用價(jià)值。王瑞霞等利用90KSNP芯片分析泰山22的遺傳組成，發(fā)現(xiàn)該芯片在D組染色體上的標(biāo)記數(shù)量較少，有效標(biāo)記檢測(cè)比例低。在本研究中，D組染色體上有效標(biāo)記的數(shù)量在信麥163及其親本信陽(yáng)234和豐抗38中較高，這表明小麥55KSNP標(biāo)記芯片能夠有效地對(duì)信麥163以及信陽(yáng)234和豐抗38的全基因組SNP位點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。近年來(lái)，SNP檢測(cè)的效率隨著高通量測(cè)序和高密度芯片技術(shù)的快速發(fā)展而快速提升，成本大幅降低，將會(huì)在今后的個(gè)體和群體遺傳學(xué)研究中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。

人類有目的、有計(jì)劃地通過人工雜交、誘變、基因重組、基因交換等手段定向選擇穗形、株型、品質(zhì)、產(chǎn)量等表現(xiàn)較好的性狀的過程稱為作物品種改良。對(duì)信麥163的研究結(jié)果表明，從全基因組來(lái)看，父本豐抗38遺傳給信麥163的遺傳物質(zhì)較多；從21條染色體來(lái)看，在4A、5A、7A、4B、5B、6B、7B、1D、5D、6D和7D染色體上表現(xiàn)為信陽(yáng)234的遺傳貢獻(xiàn)大于豐抗38，在1A、2A、3A、6A、1B、2B、3B、2D、3D和4D染色體上表現(xiàn)為豐抗38的遺傳貢獻(xiàn)超過信陽(yáng)234。從理論上講，系譜地位相等的兩個(gè)親本對(duì)后代的貢獻(xiàn)應(yīng)各為50%，但在本研究中出現(xiàn)了“偏向性選擇”現(xiàn)象，而且該現(xiàn)象在小麥中表現(xiàn)比較普遍。如：陳曉杰等利用小麥50KSNP標(biāo)記對(duì)鄭品優(yōu)9號(hào)的研究發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋親本鄭麥366的遺傳貢獻(xiàn)率更大；吳勝男等利用小麥55K芯片對(duì)陜農(nóng)33的遺傳分析發(fā)現(xiàn)親本陜農(nóng)981的遺傳貢獻(xiàn)大于新麥18：鄒少奎等對(duì)周麥23的研究表明親本周麥13的遺傳貢獻(xiàn)為63.04%，親本新麥9號(hào)的遺傳貢獻(xiàn)率為36.96%，兩親本對(duì)子代的遺傳貢獻(xiàn)差異較大：孔子明等對(duì)周麥16及其父母本利用90KSNP標(biāo)記進(jìn)行了全基因組掃描，發(fā)現(xiàn)周麥16的遺傳物質(zhì)大部分都來(lái)自于親本周8425。造成這一現(xiàn)象的主要原因可能是育種家對(duì)表型性狀的定向改良。

本研究還發(fā)現(xiàn)親本間的重組事件在信麥163基因組中分布不均勻：在3A、4D染色體上，幾乎整條染色體的遺傳信息都來(lái)自豐抗38，僅在端部有極少數(shù)重組；在6B、7A、7B、7D染色體上，絕大部分遺傳信息來(lái)自于信陽(yáng)234，也僅有少數(shù)重組；在2A、2B、2D、3B、4A、5A、5B等染色體上則有較多的重組．而且重組的形式表現(xiàn)為染色體大片段的重組。表明信麥163的遺傳信息組成并不是父母本基因組均勻的交換重組，而是較大染色體片段的重組，基因圖譜可以更直觀和清晰地呈現(xiàn)出染色體大片段遺傳傳遞的現(xiàn)象。

總之，采用基因組覆蓋度高、檢測(cè)通量水平高的55K SNP標(biāo)記對(duì)信麥163的親本遺傳貢獻(xiàn)進(jìn)行研究，可以從基因組水平很好地解析其遺傳構(gòu)成，明確遺傳物質(zhì)從信陽(yáng)234和豐抗38向其傳遞的規(guī)律，從而有目的地指導(dǎo)品種改良，并加速高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、綜合多抗、品質(zhì)優(yōu)良小麥品種的培育進(jìn)程。本研究結(jié)果不僅豐富了我國(guó)小麥品種的遺傳基礎(chǔ)研究，而且為小麥的改良提供了良好的親本材料。