小麦—冰草多粒衍生系3228主要产量性状的遗传分析及QTL定位

【摘要】： 小麦产量是由亩穗数、穗粒数和千粒重三因素构成的,通过提高产量三因素实现小麦产量的提高是现代小麦遗传育种研究的重要目标之一。因此,针对小麦创新种质中涉及产量三因素相关性状进行基因定位与遗传分析,对于创新种质的有效利用以及小麦产量水平的提高均具有重要意义。 大穗多粒小麦-冰草衍生系3228是普通小麦Fukuho与冰草的杂交后代,遗传上已经非常稳定,其具有重要的多花多粒特性,小穗数/穗为25个左右,小花数/小穗在6～8之间,穗粒数在90～110粒之间。本研究对小麦-冰草异源新种质3228多粒性状及产量相关的性状进行遗传分析和QTL定位,取得了以下主要结果: 1.首次构建了小麦-冰草多粒新种质3228×京4839 F2:3群体,该群体包含有237个家系。利用主基因+多基因遗传模型对该群体的穗粒数、千粒重、小穗数/穗、小花数/小穗和穗长进行了遗传分析,结果表明,穗粒数的遗传符合A-4模型,受1对主基因控制,主基因的遗传率是27.81%;小穗数/穗、小花数/小穗、穗长和千粒重的遗传都符合B-1模型,分别受两对主基因控制,且主基因表现为加性-显性-上位性模型,其遗传率分别是73.89%、61.86%、23.45%和99.47%。另外,该群体整体性状表现良好,在育种中具有很好的利用前景。 2.利用233对在亲本间表现多态的SSR和EST-SSR引物对小麦-冰草多粒新种质3228×京4839的F2群体进行了分子标记,利用其中连锁的197对标记构建了一张除1D染色体外包含小麦所有连锁群的遗传图谱,该图谱覆盖的遗传距离达到了2304cM,标记间平均遗传距离为16.6 cM。 3.通过在北京、陕西和四川对小麦-冰草多粒新种质3228×京4839 F2:3群体产量及相关性状的考察,结合构建好的遗传图谱,对该群体的主要产量及相关性状进行了QTL定位,结果共检测到QTL99个。检测到产量构成因子的QTL有37个,其中控制有效穗数的QTL有9个,控制穗粒数的QTL有14个,控制千粒重的有14个;检测到控制穗部性状的QTL 48个,其中,控制穗长的QTL有16个,控制小穗数的QTL有16个,控制小花数的QTL有16个;检测到产量相关性状的QTL有14个,其中控制株高的QTL有8个,而控制穗下节和结实率的QTL分别有3个;这些检测到的QTL主要分布于除2A、2B、1D和5D外的其它连锁群上。 4.研究发现了10个重要的染色体区段,其中包括6A染色体上Xbarc1055-Xbarc37区间、4B染色体上的Xbarc20-Xwmc238区间、5A染色体上的Xgwm126-Xgwm291区间、4A染色体上的Xbarc170-Xwmc707区间和Xbarc1047-Xwmc718区间、5B染色体上的Xbarc243-Xbarc59区间等,这些区段内检测到的QTL都在3个以上,而且形成了重要的QTL簇。 5.本研究检测到的QTL在不同染色体、同源群和基因组间的分布差异较大。在所构建好的连锁群中,除2A、2B和5D染色体上未检测到QTL外,其余染色体上都有QTL的分布,其中最多的是6A染色体,其次是4A、4B和7B染色体,这4个染色体上定位的QTL数目占总QTL数目的一半以上,达到了55个; QTL在小麦同源群间的分布以第六、第四同源群上检测到的QTL最多,分别都达到了26个,其总数超过了总QTL数目的一半;最后是QTL在基因组间的分布,在小麦的3个基因组中,A基因组上检测到的QTL数目最多,而检测到的非常主效的QTL多数都来自B基因组。 6.为了探讨将小麦-冰草多粒衍生系3228相关产量性状在不同小麦品种背景下的遗传效应,将其与黄淮冬麦区5个主栽品种配制杂交组合,并在北京、陕西杨凌和四川成都三个试验点进行田间种植与相关性状调查。遗传分析结果表明,小麦-冰草多粒衍生系3228在不同环境下所有产量性状的表现优异,尤以穗粒数、小穗数和穗长表现最突出,而且不同组合F1的产量性状在不同环境下表现稳定;小麦-冰草多粒衍生系3228在穗粒数、小穗数和穗长方面都具有极显著的正向加性效应,其穗粒数也具有极显著的正向显性效应,因此小麦-冰草多粒衍生系3228可作为改善小麦穗粒数、小穗数和穗长的优异种质资源。 对小麦-冰草多粒衍生系3228的主要产量及相关性状进行遗传分析和QTL定位以及相关产量性状在不同小麦品种背景下的遗传效应分析结果,为该种质在未来小麦遗传育种的有效利用提供了重要依据。