阿夫及其衍生小麦品种（系）的SSR分析

作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2009, 35(4): 615−619
/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9
E-mail: xbzw@
本研究由国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2006CB101701-9)资助。

*
通讯作者(Corresponding author): 吉万全, E-mail: jiwanquan2003@
第一作者联系方式: E-mail:siql@
Received(收稿日期): 2008-09-22; Accepted(接受日期): 2008-10-15.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2009.00615
阿夫及其衍生小麦品种(系)的SSR 分析
司清林1,2 刘新伦1 刘智奎3 王长有1 吉万全1,*
1
西北农林科技大学农学院, 陕西杨凌712100; 2 济源市农业科学研究所, 河南济源454652; 3 陕西省西安市种子管理站, 陕西西安710054
摘 要: 为了研究小麦骨干亲本阿夫(Funo)遗传物质在其衍生品种(系)的传递规律, 用247对SSR 引物对阿夫和8个阿夫子一代衍生品种(系)的亲本进行分析, 发现有3个标记Xwmc398 (178 bp, 151 bp)、Xgwm400(180 bp, 149 bp)和Xgwm268(191 bp)在阿夫上有稳定、清晰的特异带。

以筛选的特异引物对5个阿夫系选品种和255个阿夫衍生品种(系)进行了SSR 分析。

结果表明, Xwmc398在5个系选品种中均有阿夫的特异带, 而Xgwm400只在安选2号, Xgwm268只在扬麦1号具有阿夫特异带。

Xwmc398在阿夫子一代至子六代衍生品种(系)中的遗传频率分别为52.8%、38.4%、16.7%、0.0%、0.0%和0.0%, 平均为32.2%; Xgwm400的相应遗传频率分别为32.1%、19.2%、41.7%、33.3%、20.0%和0.0%, 平均为26.7%; Xgwm268的相应传递率分别为22.6%、34.4%、11.1%、12.1%、0.0%和0.0%, 平均为24.7%。

表明SSR 位点Xwmc398、Xgwm400和Xgwm268在阿夫衍生品种(系)中有明显的传递。

关键词: 阿夫(Funo)衍生品种; 骨干亲本; SSR 特异带
SSR Analysis of Funo Wheat and Its Derivatives
SI Qing-Lin 1,2, LIU Xin-Lun 1, LIU Zhi-Kui 3, WANG Chang-You 1, and JI Wan-Quan 1,*
1
College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 2 Institute of Jiyuan Agricultual Science, Jiyuan 454652, China; 3 Seed
Management Station of Xi’an City, Xi’an 710054, China
Abstract: Funo is one of the most important backbone parents in China, and many wheat (Triticum aestivum L.) varieties are derived from it. Funo and 8 parents of the first generation of Funo were analyzed using 247 simple sequence repeat (SSR) markers that covered the entire wheat genome to disclose the inheritance of genes in Funo on genome level and provide theoretical basis on development of backbone parent in wheat. Specific DNA fragments were detected using three SSR markers, Xwmc398, Xgwm400, and Xgwm268. The specific fragments were 178 and 151 bp for Xwmc398, 180 and 149 bp for Xgwm400, and 191 bp for Xgwm268. A total of 255 derivatives of Funo including 54, 124, 36, 33, 5, and 3 varieties respectively from the first to the sixth generations and 5 selected strains of Funo were analyzed using the specific primers. The specific bands of Xwmc398 were ob-served in all the five selected strains of Funo, whereas, only in Anxuan 2 for Xgwm400 and in Yangmai 1 for Xgwm268,. In the 255 varieties derived from Funo, the inheritable rates of specific bands for Xwmc398 were 52.8%, 38.4%, 16.7%, 0.0%, 0.0%, and 0.0% from the first to the sixth generations, respectively, with an average rate of 32.2%. For Xgwm400, the rates were 32.1%, 19.2%, 41.7%, 33.3%, 20.0%, and 0.0%, with an average of 26.7%. For Xgwm268, the rates were 22.6%, 34.4%, 11.1%, 12.1%, 0.0%, and 0.0%, respectively, with an average of 24.7%. Xwmc398 had the highest inheritable rate in the Funo-derivative varieties and the most stable inheritance in Funo-selective varieties.
Keywords: Funo pedigree; Backbone parent; Specific band of SSR marker
骨干亲本在品种的更新换代中具有核心的支撑作用, 对于提高粮食作物的育种水平和保证粮食安全具有重要意义。

目前, 对在育种过程中发挥重要作用的农作物骨干亲本尚缺乏系统的理论研究。

为了阐明骨干亲本的成因和分子生物学本质, 实现农
作物骨干亲本的定向创制和高效利用, 近几年来, 骨干亲本已成为育种家研究的热点之一[1-7]。

王珊珊等[1]对“矮孟牛”及其衍生品种(系)的遗传多样性进行了聚类分析; 邱福林等[2]利用SSR 标记对北方杂交粳稻骨干亲本进行了遗传差异鉴定和籼性程度分
616作物学报第35卷
析; 张学勇等[3]研究发现黄淮冬麦区、西南冬麦区和西北春麦区的许多共同骨干亲本携带Rht8及其诊断标记Xgwm261-192。

这些在一定程度上促进了我国育种骨干亲本衍生规律的研究, 为骨干亲本的研究提供了思路。

阿夫(Funo)是1956年从阿尔巴尼亚引入的意大利品种, 茎杆粗壮, 耐肥抗倒, 穗大粒多, 增产潜力大, 高抗条锈, 适应性较强, 曾在长江中下游、黄淮流域、贵州高原和西北春麦区大面积推广种植, 同时成为上述麦区进行品种改良的骨干亲本[8]。

迄今, 已知阿夫系选衍生品种有20多个[9], 通过品种间杂交产生的阿夫衍生后代品种(系)有270个。

但是, 对阿夫的研究报道仅限于抗锈基因YrA[10-11]和YrFun[12], 国内外还未见利用分子标记分析阿夫遗传物质在其衍生品种(系)遗传规律的研究报道。

本研究利用覆盖小麦21对染色体的247对SSR 标记对阿夫及其衍生小麦品种(系)进行了分析, 以期从DNA水平阐明阿夫遗传物质在其衍生品种(系)的遗传规律, 为进一步实现小麦骨干亲本的定向创制和育种家在早期预测小麦亲本材料成为骨干亲本的潜力提供理论基础。

1材料与方法
1.1植物材料及其DNA提取
小麦品种阿夫及其衍生小麦品种(系)255个和系选品种5个, 其中子一代53个、子二代125个、子三代36个、子四代33个、子五代5个和子六代3个; 阿夫子一代衍生小麦品种(系)的8个亲本内乡5号、丰产3号、西北612、St2422/464、南大2419、欧柔、万粒金和陕农1号; 阿夫系选衍生品种扬麦1号、扬麦2号、扬麦3号、灰毛阿夫和安选2号。

由中国农业科学院作物科学研究所和西北农林科技大学农学院提供。

采用CTAB法[13]提取小麦基因组DNA。

1.2阿夫特异带SSR引物的筛选
根据Roder等[14]、Guyomarc等[15]、Somers等[16]报道以及GrainGenes数据库(da. gov/cgi-bin/graingenes/browse.cgi?class=marker)公布的SSR引物序列, 选用247对SSR引物, 覆盖小麦21对染色体。

所有引物均由上海生工生物工程技术服务有限公司合成。

以阿夫和其子一代衍生小麦品种(系)的8个非阿夫亲本的基因组DNA为材料, 筛选在阿夫中具有稳定、清晰特异带的SSR引物。

1.3阿夫及其衍生品种(系)的SSR分析
采用筛选的特异SSR引物, 对260个阿夫衍生小麦品种(系)的基因组DNA进行PCR扩增, PCR反应在Perkin-Elmer 480型热循环仪上进行, 反应混合液组成、扩增程序(95℃2 min; 94℃1 min, 50/55/60℃1.5 min, 72℃ 1 min, 5个循环; 然后92°C 30 s; 50/55/60℃50 s, 72℃ 30 s, 30个循环; 最后72.0℃再延伸5 min; 25℃1 min, 4℃保存)、电泳方法及染色均参考Wang等[17]的方法, 其中Taq DNA聚合酶购自广州东盛生物科技有限公司。

用GeneTools from Syngene 软件分析DNA片段的分子量。

2结果与分析
2.1阿夫特异SSR标记
在247对SSR引物中共筛选出3个可稳定、清晰出现特异带的SSR标记, 其中Xwmc398可检测出178 bp和151 bp两条特异带(图1-A), Xgwm400可检测出180 bp和149 bp两条特异带(图1-B), Xgwm268可标记191 bp的阿夫特异带(图1-C)。

图1阿夫特异带的SSR标记
Fig. 1SSR markers for specific bands of Funo
利用8个子一代的亲本差异筛选阿夫特异带的SSR标记。

A: Xwmc398; B: Xgwm400; C: Xgwm268。

M: DL2000; 1: 内乡5号; 2: 丰产3号; 3: 西北612; 4: 阿夫; 5: St2422/464; 6: 南大2419; 7: 欧柔; 8: 万粒斤; 9: 陕农1号。

SSR markers for the specific bands in Funo were screened with the parents of the first generation of eight Funo progenies. A: Xwmc398; B: Xgwm400; C: Xgwm268. M: DL2000; 1: Neixiang 5; 2: Fengchan 3; 3: Xibei 612; 4: Funo; 5: St2422/464; 6: Nanda 2419; 7: Orofen;
8: Wanlijin; 9: Shaannong 1.
第4期
司清林等: 阿夫及其衍生小麦品种(系)的SSR 分析 617
2.2 阿夫系选品种的SSR 标记分析
用Xwmc398、Xgwm400和Xgwm268标记检测阿夫的5个系选品种(图2), 发现标记Xwmc398在各系选品种中均稳定扩增出特异性DNA 片段, 标记
Xgwm400只在安选2号中扩增出特异性DNA 片段, 标记Xgwm268只在扬麦1号中扩增出阿夫的特异性DNA 片段。

可见这3个位点在5个阿夫系选品种中有不同的多态性。

图2 Xwmc398 (A)、Xgwm400 (B)和Xgwm268 (C)在阿夫系选品种中的扩增结果
Fig. 2 PCR profile of Xwmc398 (A), Xgwm400 (B), and Xgwm268 (C) in Funo selection lines M: DL2000; 1: 阿夫; 2: 扬麦1号; 3: 扬麦2号; 4: 扬麦3号; 5: 灰毛阿夫; 6: 安选2号。

M: DL2000; 1: Funo; 2: Yangmai 1; 3: Yangmai 2; 4: Yangmai 3; 5: Huimao Funo; 6: Anxuan 2.
2.3 阿夫衍生品种(系)的SSR 分析
在阿夫衍生小麦品种(系)中, Xwmc398(图3)、Xgwm400(图4)和Xgwm268(图5)标记的阿夫的特异带在不同衍生世代的品种(系)出现的频率不同(表1), 说明阿夫的遗传物质在其衍生品种(系)中有明显的传递, 但每个标记在各代的传递代数不同, 传递最长的是Xgwm400, 传递至子五代。

从特异位点的遗传频率看, 在阿夫衍生的较早世代中有较多品种具有Xwmc398位点特异带; Xgwm400位点虽然在早代传递频率不高, 但子四代还能保持较高水平, 含特异带品种(系)占子四代总品种(系)数的1/3。

3个标记在各代的遗传频率分布, Xwmc398为0~52.8%, Xgwm400为0~41.7%, Xgwm268为0~34.4%。

表1 标记Xwmc398、Xgwm400和Xgwm268在阿夫衍生后代中的扩增情况 Table 1 PCR profile of Xwmc398, Xgwm400, and Xgwm268 in Funo progenies
Xwmc398 Xgwm400 Xgwm268 阿夫衍生代 Funo progeny
材料总数
Total No. of varieties 有带材料数 Varieties with band 比例 Rate (%)有带材料数 Varieties with band 比例 Rate (%) 有带材料数 Varieties with band 比例 Rate (%)子一代 The first generation 53 28 52.8 17 32.1 12 22.6
子二代 The second generation 125 48 38.4 24 19.2 43 34.4 子三代 The third generation 36 6 16.7 15 41.7 4 11.1 子四代 The forth generation 33 0 0 11 33.3 4 12.1 子五代 The fifth generation 5 0 0 1 20.0 0 0 子六代 The sixth generation 3 0 0 0 0 0 0 总数 Total
255 82 32.2 68 26.7 63 24.7
图3 Xwmc398在阿夫及其衍生品种(系)中的扩增结果 Fig. 3 PCR profile of Xwmc398 in Funo and its derivatives
M: DL2000; 1: 阿夫; 2~5: 阿夫子一代; 6~9: 阿夫子二代; 10~13: 阿夫子三代; 14, 15: 阿夫子四代; 16, 17: 阿夫子五代; 18, 19: 阿夫子六代; 2, 3, 6, 7, 10, 11: 有阿夫特异带的衍生品种(系)。

M: DL2000; 1: Funo; 2–5: the first generation; 6–9: the second generation; 10–13: the third generation; 14, 15: the fourth generation; 16, 17: the fifth generation; 18, 19: the sixth generation; 2,3,6,7,10, 11: the varieties (lines) with the specific band in Funo derivatives.
618作物学报第35卷
图4 Xgwm400在阿夫及其衍生品种(系)中的扩增结果
Fig. 4PCR profile of Xgwm400 in Funo and its derivatives
M: DL2000; 1: 阿夫; 2~5: 阿夫子一代; 6-9: 阿夫子二代; 10~13: 阿夫子三代; 14~17: 阿夫子四代; 18~20: 阿夫子五代; 21, 22: 阿夫
子六代; 2, 3, 6, 7, 10, 11, 14, 15, 18: 有阿夫特异带的衍生品种(系)。

M: DL2000; 1: Funo; 2–5: the first generation; 6–9: the second generation; 10–13: the third generation; 14–17: the fourth generation; 18–20: the fifth generation; 21, 22: the sixth generation; 2, 3, 6, 7, 10, 11, 14, 15, 18: the varieties (lines) with the specific band in Funo derivatives.
图5 Xgwm268在阿夫及其衍生品种(系)中的扩增结果
Fig. 5 PCR profile of Xgwm268 in Funo and its derivatives
M: DL2000; 1: 阿夫; 2~5: 阿夫子一代; 6~9: 阿夫子二代; 10~13: 阿夫子三代; 14~17: 阿夫子四代; 18, 19: 阿夫子五代; 20, 21: 阿夫
子六代; 2, 3, 6, 7, 10, 11, 14, 15: 有阿夫特异带的衍生品种(系)。

M: DL2000; 1: Funo; 2–5: the first generation; 6–9: the second generation; 10–13: the third generation; 14–17: the fourth generation; 18, 19: the fifth generation; 20 and 21: the sixth generation; 2,3,6,7,10,11,14, 15: the varieties (lines) with the specific band in Funo derivatives.
3讨论
筛选引物所用的试验材料非常重要, 直接影响研究结果的可靠性。

本研究选用了8个亲本材料用于筛选阿夫特异SSR标记, 其中7个是阿夫子一代衍生品种(系)的主要亲本, 在我国小麦育种和生产上曾发挥过重要作用。

丰产3号和西北612分别是5个阿夫子一代衍生品种(系)组合的亲本, 内乡5号为著名的“内夫”组合的亲本, 南大2419是我国重要的小麦骨干亲本之一, 丰产3号、内乡5号和南大2419在我国的种植面积均超过66.6万公顷, St2422/464和欧柔是被广泛应用的育种亲本, 陕农1号有碧蚂1号的血统[8]。

因此, 本研究筛选引物所用的阿夫子一代衍生品种的亲本具有比较大的代表性。

周阳等[18]利用Xgwm261标记对中国小麦主产区近30年小麦主栽品种进行Rht8矮秆基因的鉴定和系谱分析, 证明阿夫是长江中下游冬麦区育成品种Rht8的主要供体。

然而, 本研究中因为阿夫子一代的亲本西北612在Xgwm261位点上也扩增出与阿夫相同的特异带, 所以没有将该位点作为阿夫的特异标记。

在本研究中, Xwmc398标记位点在阿夫衍生后代的较早世代(子一代)衍生品种(系)中有特异扩增条带的占52.8%, 高于另两个标记Xgwm400和Xgwm268 20个百分点以上, 可能由于该位点所在的基因组区段与某些重要性状相关, 在品种选育过程中的定向选择使之具有较高的传递频率。

Xgwm400标记位点在较高世代(子三代)衍生品种(系)有41.7%在180 bp和149 bp位点表现出特异性, 而在较早的子二代只有19.2%的品种(系)有阿夫的特异带, 这一现象可能与基因连锁被打破有关。

在阿夫衍生后代中, 与Xgwm400位点连锁的基因由于某种原因(如基因的上位性作用)而在重组率较低的较早衍生世代不能表现出其控制的优良性状, 但是随着杂交代数的增加, 这种连锁被打破, 使得与该位点连锁基因所控制的优良性状表现出来, 从而促使选育出较多的品种(系)。

Xwmc398位点在阿夫衍生品种中总的遗传频率最高, 为32.2%, Xgwm400位点为26.7%, Xgwm268位点为24.7%。

Xwmc398标记在本试验5个系选品种中均扩增出特异带, 而且在阿夫衍生后代中的扩增非常稳定, 故标记Xwmc398在178 bp和151 bp
第4期司清林等: 阿夫及其衍生小麦品种(系)的SSR分析619
的特异扩增条带, 可作为下一步进行关联研究的重点之一。

可通过有特异带的标记与阿夫衍生品种(系)重要性状的关联分析, 进而追踪与这些位点紧密连锁的重要基因组区段。

4结论
筛选出3个阿夫特异性SSR标记Xwmc398、Xgwm400和Xgwm268, 它们在5个阿夫系选品种中的传递频率为20%~100%, 在阿夫衍生品种(系)各代的传递世代不同, 标记Xwmc398总传递频率为0~52.8%, 而Xgwm400和Xgwm268位点分别为0~41.7%和0~34.4%。

Xgwm398在阿夫衍生子代中传递频率高且在系选品种(系)中稳定遗传, 可用于阿夫遗传相关的关联分析。

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