【摘要】 小麥是世界上最重要的糧食作物之一,其播種面積與產(chǎn)量總值均居世界第一,并且是世界上35%人口的主要糧食作物,它的產(chǎn)量和品質(zhì)直接決定了人類的生活水平。在我國,小麥是第三大糧食作物,僅次于水稻和玉米；常年種植面積在2400萬hm2以上,總產(chǎn)量為1.15億噸以上,約占糧食作物產(chǎn)量的20%。按小麥皮色的不同,可分為白皮和紅皮兩類。白皮小麥品種種子相對紅皮小麥品種種子休眠期較短,容易發(fā)生穗發(fā)芽現(xiàn)象。穗發(fā)芽現(xiàn)象受多方面因素的影響,如種子自身的休眠性、淀粉酶活性、穎殼中的抑制物等；抗穗發(fā)芽的遺傳機理受數(shù)量性狀控制,已在很多染色體上定位了抗穗發(fā)芽QTL位點,如第三同源群上找到的R、VP1基因,并且已經(jīng)開發(fā)出大量與穗發(fā)芽抗性相關(guān)的分子標記。本研究以420份來源廣泛的白皮小麥為主組成的自然群體為研究對象,通過對穗發(fā)芽、休眠特性、以及群體結(jié)構(gòu)和遺傳多樣性的分析,篩選休眠性較好的抗穗發(fā)芽白皮小麥材料,并分析其遺傳特性,有助于解決白皮小麥抗穗發(fā)芽資源缺乏的問題,同時通過關(guān)聯(lián)分析找到與穗發(fā)芽抗性顯著相關(guān)的穩(wěn)定抗穗發(fā)芽候選位點,為深入剖析抗穗發(fā)芽機理奠定基礎(chǔ)。主要實驗結(jié)果如下：1.對420份以白皮小麥為主的自然群體穗發(fā)芽、休眠特性進行研究,共篩選出穩(wěn)定的抗穗發(fā)芽材料四份,分別是來自英國的AS660365、美國南部的AS660608、AS660576和芬蘭的AS660583：對多年多點之間、不同方法及重復之間進行相關(guān)分析,結(jié)果表示各環(huán)境下均表現(xiàn)為極顯著相關(guān),其中2012年溫江與都江堰相關(guān)系數(shù)最高(培養(yǎng)皿發(fā)芽法0.6583、石英砂穴盤發(fā)芽法0.3784),2012年溫江與雅安相關(guān)系數(shù)最低(培養(yǎng)皿發(fā)芽法0.3654、石英砂穴盤發(fā)芽法0.2119)；培養(yǎng)皿發(fā)芽法和石英砂穴盤發(fā)芽法表現(xiàn)為極顯著相關(guān),2012年都江堰相關(guān)系數(shù)最高(0.6522),2012年雅安相關(guān)系數(shù)最低(0.3799)；各重復之間也表現(xiàn)出極高的相關(guān)性,2012年培養(yǎng)皿發(fā)芽法重復之間相關(guān)系數(shù)最高(0.9221),2012年雅安培養(yǎng)皿發(fā)芽法重復之間相關(guān)系數(shù)最低(0.6657)。2.白皮小麥自然群體來源廣泛,覆蓋六大洲的46個國家,親緣關(guān)系遠,群體結(jié)構(gòu)分析將它們分為四個亞群；利用與種子休眠和穗發(fā)芽相關(guān)的50對SSR標記,對347份白皮小麥材料進行遺傳多樣性分析,共檢測到191個等位變異,每個位點2-8個,平均3.82個。3.通過TASSEL3.0軟件中的一般線性模型過程進行性狀和標記的關(guān)聯(lián)分析,共檢測到10個與穗發(fā)芽性狀顯著關(guān)聯(lián)的SSR分子標記,對應(yīng)8條染色體上的8個抗穗發(fā)芽候選基因位點。這10個標記分別為：Xbarc273、Xbarc372、Xcfd44、 Xcfd49、Xbarc240、Xbarc275、Xbarc310、Xbarc330、Xgwm296、Xgwm610;其中Xbarc372和Xbarc273能三個環(huán)境中重復出現(xiàn),其它標記僅在某一個環(huán)境中出現(xiàn)；Xcfd49和Xbarc273相距9.8cM, Xbarc372與Xbarc240相距10cM,推測他們分別連鎖同一抗穗發(fā)芽候選基因位點,其余6個標記獨立連鎖一個抗穗發(fā)芽候選基因位點。這些候選基因位點為進一步的定位研究和分子標記輔助選擇奠定基礎(chǔ)。
 
【關(guān)鍵詞】 白皮小麥； 穗發(fā)芽； 候選基因位點； 關(guān)聯(lián)分析；

1.文獻綜述

小麥是三大糧食作物之一，不僅全球有超過30%的人口以小麥為主食，而且小麥還具有重要的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值，其產(chǎn)量和品質(zhì)直接關(guān)系到世界各國的溫飽問題及生活質(zhì)量。在我國，小麥的產(chǎn)量約占國內(nèi)糧食總產(chǎn)量的，其種植面積、產(chǎn)量和消費量均居世界首位。按小麥皮色的不同，可分為白皮和紅皮兩類。白皮小麥呈黃色或乳白色，皮薄且胚乳含量多，出粉率較高；紅皮小麥呈深紅色或紅褐色，胚乳含量少，出粉率較低。近年來，隨著消費者對小麥商品品質(zhì)和加工品質(zhì)的重視，白皮小麥越來越受到面粉加工企業(yè)和農(nóng)戶的青睞。2005年，我國優(yōu)質(zhì)麥播種面積占小麥播種面積的45%以上，其中白皮小麥占的比例最大；但研究表明，種皮色級與人工模擬降雨穗發(fā)芽率、脫粒籽粒發(fā)芽率及塑料袋控濕穗發(fā)芽率均呈負相關(guān)，而且隨著軒粒的不斷成熟，這種負相關(guān)系數(shù)還有加大趨勢。這說明種皮色級越低，種子休眠期越短，成熟期發(fā)芽率就越高；相對于紅皮小麥，白皮小麥品種子休眠期較短，容易發(fā)生穗上發(fā)芽現(xiàn)象。因此在我國一些易發(fā)生穗發(fā)芽的麥區(qū)，包括北部一西北春麥區(qū)、長江中下游麥醫(yī)和西南麥區(qū)，種植紅皮小麥品種較為普遍。穗發(fā)芽一直是困擾小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的一個重要因素，因此改善白皮小麥的穗發(fā)芽抗性在現(xiàn)代化的育種中更為重要�？刂菩←溞誀畹幕蛴袉位蚩刂频馁|(zhì)量性狀和多基因控制的表現(xiàn)為連續(xù)變異的數(shù)量性狀，小麥的穗發(fā)芽屬于數(shù)量性狀，且多數(shù)抗穗發(fā)芽數(shù)量性狀基因座位（貢獻率比較小，還受到環(huán)境影響。目前研究研究數(shù)量性狀比較有效的方法主要是（利用家系分離群體進行連鎖分析（和（利用自然群體進行關(guān)聯(lián)分析（本世紀以來，小麥遺傳圖譜構(gòu)建和定位等分子標記技術(shù)的推廣已經(jīng)推動了數(shù)量性狀的深入研究；而年國家科技部公布“常見重大疾病全基因組關(guān)聯(lián)分析和藥物基因組學研究”的重點項目，吹響了我國大規(guī)模開展研究的號角。本研究擬利用基于候選基因位點的關(guān)聯(lián)分析，對白皮小麥穗發(fā)芽抗性基因進行研究。

控制小麥性狀的基因有單基因控制的質(zhì)量性狀和多基因控制的表現(xiàn)為連續(xù)變異的數(shù)量性狀，小麥的穗發(fā)芽屬于數(shù)量性狀，且多數(shù)抗穗發(fā)芽數(shù)量性狀基因座位（貢獻率比較小，還受到環(huán)境影響。目前研究研究數(shù)量性狀比較有效的方法主要是（利用家系分離群體進行連鎖分析和利用自然群體進行關(guān)聯(lián)分析（本世紀以來，小麥遺傳圖譜構(gòu)建和定位等分子標記技術(shù)的推廣已經(jīng)推動了數(shù)量性狀的深入研究；而年國家科技部公布“常見重大疾病全基因組關(guān)聯(lián)分析和藥物基因組學研究”的重點項目，吹響了我國大規(guī)模開展研究的號角。本研究擬利用基于候選基因位點的關(guān)聯(lián)分析，對白皮小麥穗發(fā)芽抗性基因進行研究。

1.1小麥穗發(fā)芽研究進展

穗發(fā)芽是嚴重影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的一種世界性災(zāi)害，是指在完熟收獲前遇到下雨或空氣濕度大的環(huán)境下穗上籽粒提前發(fā)芽的現(xiàn)象；它可以嚴重的降低全球范圍以小麥為主產(chǎn)區(qū)的糧食產(chǎn)量，世界各地如中國、美國、英國、日本、德國、加拿大、澳大利亞等均受穗發(fā)芽危害，尤其是澳大利亞和加拿大最為嚴重。1985-1987年間，英國穗發(fā)芽危害也較嚴重，平均穗發(fā)芽達到20%，農(nóng)民損失現(xiàn)金5000-6000萬英膀，我國陜西關(guān)中地區(qū)在1992年因小麥穗發(fā)芽造成減產(chǎn)達4109千克以下，直接經(jīng)濟損失達206億元人民幣；另外，品質(zhì)方面，在年指出，碳水化合物降解酶、蛋白水解酶等酶活性上升，胚和胚乳中的物質(zhì)則被降解，就會降低小麥的加工品質(zhì)。因此在生產(chǎn)上應(yīng)該種植抗穗發(fā)芽的栽培材料以降低穗發(fā)芽帶來小麥生產(chǎn)上的損失。前人己報到了很多影響穗發(fā)芽的內(nèi)因和外因，如種皮顏色、脫落酸、赤霉素水平以及后熟作用

1.2 關(guān)聯(lián)分析

關(guān)聯(lián)分析（方法是近年來隨著數(shù)據(jù)處理方法和模型不斷發(fā)展起來的…個研究性狀的新方法。鑒定候選基因或位點與作物性狀的關(guān)系是以為基礎(chǔ)的，所以關(guān)聯(lián)分析又叫做作圖。連鎖不平衡（也稱為配子相不平衡、配子體不平衡和等位基因相關(guān)聯(lián)。簡單點講，連鎖不平衡就是“等位基因在不同的位點非隨機的相關(guān)”。它是由于基因重組或者多年來進化過程中發(fā)生的基因型變異，如在一個大的自然群體中，隨機的交配，沒有選擇、突變和遷移，基因型的分布是不會發(fā)生改變的，相反，連鎖、選擇和外來物種的遷入都會增加的水平。

相比傳統(tǒng)的連鎖作圖，作圖有著比較明顯的優(yōu)越性，首先它利用的是自然群體，大大縮短了研究時間；其次，關(guān)聯(lián)分析方法構(gòu)圖精確，精度更高，可達到基因水平；第三關(guān)聯(lián)分析方法可同時檢測一個座位上的多個等位基因，，，所以關(guān)聯(lián)分析方法的發(fā)展就如雨后春努般在生物界發(fā)展起來了。

最早將關(guān)聯(lián)分析作圖應(yīng)用到了植物的研究當中，在這些研究當中，他們用分布在全基因組的但比較少的分子標記來研究玉米和水稻的數(shù)量性狀；第一個在關(guān)聯(lián)分析中定位出的候選位點是與開花期相關(guān)的位點這個研究標志著在任何植物器官里，關(guān)聯(lián)分析都可在分子標記背景下，用來控制群體的結(jié)構(gòu)，隨后，在同一群體里又用候選基因位點作了更多性狀的關(guān)聯(lián)分析。此外，在一系列的精英玉米育種研究中，關(guān)聯(lián)分析也成功在玉米胚乳顏色中定位出候選基因位點。

除了在水稻、玉米中，關(guān)聯(lián)分析也在模式植物擬藍芥屮得以推廣，玉米是異交作物，而擬藍芥是自交作物，所以它的模式不一樣，其的衰減也要比玉米慢許多；水稻和大小麥也是自交作物，其衰減也比較慢。通過對擬藍芥突變體的研究，尤其是在其適應(yīng)性和等位基因的鑒定中，關(guān)聯(lián)分析可以提供很多理想的證據(jù)，已經(jīng)有報道基于位點的候選基因已經(jīng)有報道為多種多樣的功能基因。等在首次嘗試在擬藍芥中用全基因組的關(guān)聯(lián)分析方法時，報道了之前已經(jīng)知道的開花期基因和三個病原菌抗性基因的鑒定等總結(jié)，基于綜合候選基因位點的關(guān)聯(lián)分析作圖和連鎖分析作圖的實驗結(jié)果，擬藍芥中己經(jīng)知道的的開花期基因，可能含有某些共同的等位基因?qū)е麻_花期的自然變異。

如今，關(guān)聯(lián)分析方法己經(jīng)在其他許多重要作物中得到了廣泛推廣不僅包括模式植物、三大糧食作物，還甘庶、大豆、馬鈴薯、甜菜、番前、白楊和向日葵等其他植物得到大量的應(yīng)用。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

本實驗材料為自四川農(nóng)業(yè)大學小麥研究所種質(zhì)資源庫的份白皮小麥所組成的自然群體，其中白皮小麥份，非白皮小麥份作為對照（詳見附表。這些材料均為各地的審定品種及地方栽培種，用作關(guān)聯(lián)分析的材料份，具體材料編號見附表1

2.2試驗方法

2.2.1田間種植

以上實驗材料于2010年種植于四川農(nóng)業(yè)大學雅安校區(qū)農(nóng)場，2011年分別種植于四川農(nóng)業(yè)火學成都校區(qū)溫江試驗基地、都江堰小麥研究所和雅安校區(qū)農(nóng)場。種植方式為雙種種植，行長1.5米，行距2.5米，每行15株，正常田間管理。

本文編號：9071