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窃童
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1 中国农业科学 2006,39(8): Scientia Agricultura Sinica 用 STS 标记检测矮秆基因 Rht-B1b 和 Rht-D1b 在中国小麦中的分布杨松杰 1, 张晓科 1,2 1,3, 何中虎, 夏先春 1, 周阳 1 ( 1 中国农业科学院作物科学研究所 / 国家小麦改良中心, 北京 ; 2 西北农林科技大学, 杨凌 ; 3 CIMMYT 中国办事处, 北京 ) 摘要 : 目的明确矮秆基因在中国小麦中的分布, 有助于改良小麦株高和提高产量潜力方法选用中国主要麦区品种 ( 系 )239 份, 用 STS 标记检测矮秆基因 Rht-B1b (Rht1) 和 Rht-D1b (Rht2) 的分布规律, 验证其 PCR 标记在分子标记辅助育种中的可用性结果 (1)Rht-B1b 和 Rht-D1b 特异性 STS 标记可以准确检测小麦品种的 Rht-B1b 和 Rht-D1b 矮秆基因 (2)Rht-B1b 基因在全国的平均分布频率为 24.3%, 新疆冬春麦区高达 62.5%, 长江中下游冬麦区为 42.3%, 黄淮冬麦区北部冬麦区和西北春麦区分别为 28% 25.8% 和 25%, 北部春麦区和西南冬麦区分别为 9.1% 和 8.3%, 东北春麦区供试材料未携带 Rht-B1b 基因 (3)Rht-D1b 基因在全国的平均分布频率为 46.9%, 北部春麦区和黄淮冬麦区分别为 72.7% 和 69%, 西南冬麦区西北春麦区和北部冬麦区分别为 38.9% 37.5% 和 35.5%, 长江中下游冬麦区和新疆冬春麦区分别为 23.1% 和 12.5%, 东北春麦区供试材料未携带 Rht-D1b 基因结论分子检测结果和系谱分析表明, 中国小麦品种 ( 系 ) 携带的 Rht-B1b 矮秆基因来自 St2422/464 和农林 10,Rht-D1b 矮秆基因来自农林 10 号水源 86 辉县红和蚰包麦关键词 : 普通小麦 ; 矮秆基因 ;Rht-B1b;Rht-D1b; 分子标记 Distribution of Dwarfing Genes Rht-B1b and Rht-D1b in Chinese Bread Wheats Detected by STS Marker YANG Song-jie 1, ZHANG Xiao-ke 1,2, HE Zhong-hu 1,3, XIA Xian-chun 1, ZHOU Yang 1 ( 1 Institute of Crop Science / National Wheat Improvement Center, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing ; 2 Northwest Sci-Tech University of Agriculture and Forestry, Yangling ; 3 CIMMYT China Office, Beijing ) Abstract: Objective Understanding the distribution of dwarfing genes in Chinese wheat will be crucial for yield improvement. Method A total of 239 Chinese wheat cultivars and advanced lines from major wheat regions were detected by STS markers to understand the distribution of the dwarfing genes Rht-B1b (Rht1) and Rht-D1b (Rht2). Result The PCR-based markers could be used to test the presence of Rht-B1b and Rht-D1b in wheat cultivars. The average frequency was 24.3% for Rht-B1b gene and 46.9% for Rht-D1b gene, respectively. Frequencies in Northern Winter Wheat Zone, Yellow & Huai River Facultative Winter Wheat Region, Middle & Low Yangtze Valley Winter Wheat Region, Southwestern Winter Wheat Region, Northeastern Spring Wheat Region, Northern Spring Wheat Region, Northwestern Spring Wheat Region and Xinjiang Winter-Spring Wheat Region were 25.8%, 28%, 42.3%, 8.3%, 0%, 9.1%, 25% and 62.5% for Rht-B1b gene, and 35.5%, 69%, 23.1%, 38.9%, 0%, 72.7%, 37.5% and 12.5% for Rht-1Db gene, respectively. Conclusion Molecular markers and pedigree information confirmed that Rht-B1b is from St2422/464 and Norin 10, Rht-D1b is from Norin 10, Suwon 86, Huixianhong, and Youbaomai. Key words: T. aestivum L.; Bread wheat; Dwarfing gene; Rht-B1b; Rht-D1b; Molecular marker 收稿日期 : ; 接受日期 : 基金项目 : 国家 863 重大专项 (2002AA207003) 和 948 重大国际合作项目资助作者简介 : 杨松杰 (1964-), 男, 河北人, 博士研究生, 研究方向为小麦遗传育种通讯作者何中虎 (1963-), 男, 陕西蒲城人, 研究员, 博士, 研究方向为小麦遗传育种 Tel: ; zhhe@ public3.bta.net.cn

2 8 期杨松杰等 : 用 STS 标记检测矮秆基因 Rht-B1b 和 Rht-D1b 在中国小麦中的分布引言本研究的重要意义降低株高和提高抗倒伏性一直是灌溉地区小麦育种的重要目标 20 世纪 60~80 年代, 矮秆和半矮秆小麦品种的育成和推广对全世界小麦产量的提高起了关键作用中国人多地少矛盾突出, 进一步提高产量潜力是小麦育种的永恒目标, 了解现有小麦品种和骨干亲本的矮秆基因分布有助于对株高和产量潜力的改良前人研究进展绿色革命以来, 小麦矮秆基因研究取得较大进展已命名的小麦主效矮秆基因有 25 个 [1,2], 但世界上约 90% 以上矮秆和半矮秆品种携带来自农林 10 号和赤小麦的 Rht1 Rht2 Rht8 或 Rht9 矮秆基因 [3~7] 常规育种与分子标记辅助选择技术的紧密结合已经成为今后小麦育种的发展方向各国普遍重视简便实用和可靠的分子标记的开发验证与利用, 分子标记技术的发展为准确快速检测鉴定矮秆基因提供了可能 [6] Worland [8] 和 Bai [4] 等报道, 根据 SSR 引物 WMS261 特异片段的有无并 [9] 结合系谱分析, 可以判断 Rht8 的存在与否, 周阳等用此法对中国小麦品种中 Rht8 基因的分布做了研究与 Rht8 相比,Rht-B1b (Rht1) 和 Rht-D1b (Rht2) 具有更强的降秆作用, 但同属于对外源赤霉酸反应不敏感类 [10] 型, 通过常规方法难以准确鉴定贾继增和郭保宏 [11] 等采用系谱分析并结合赤霉酸反应对中国小麦的矮源做过初步分类, 但准确性有待提高本研究切入 [7] 点 Ellis 等设计的 STS 引物可以准确鉴定 Rht-B1b 和 Rht-D1b 基因, 这为深入了解中国小麦中 Rht-B1b 和 Rht-D1b 的分布提供了可能拟解决的关键问题选用中国主要麦区 239 份小麦品种进行 Rht-B1b 和 Rht-D1b 基因的分子检测, 目的是分析中国小麦品种 Rht-B1b 和 Rht-D1b 基因的分布规律, 为小麦高产育种提供理论和方法 1 材料与方法 1.1 供试材料选用国内主要麦区历史上和当前主栽品种 ( 系 ) 239 份, 包括北部冬麦区 31 份黄淮冬麦区 100 份长江中下游冬麦区 26 份西南冬麦区 36 份东北春麦区 19 份北部春麦区 11 份西北春麦区 8 份和新疆冬春麦区 8 份这些材料基本上反映了中国生产上小麦品种的现状和育种进展选用已知矮秆基因的品种农林 10 号 ( 含有 Rht-B1b 和 Rht-D1b 两对矮秆基因 ) Kukri( 含有 Rht-D1b 基因 ) 和 Janz( 含 Rht-B1b 基因 ) 作对照, 种子由中国农业科学院贾继增研究员和澳大利亚 CSIRO 植物研究所提供 1.2 DNA 提取采用 CTAB 法提取小麦基因组 DNA [12] 利用紫外分光光度计检测 DNA 浓度, 终浓度调整至 20 ng µl Rht-B1b 和 Rht-D1b 基因的分子标记检测 Rht-B1b 和 Rht-D1b 特异性 STS 引物根据 Ellis [7] 等发表并作部分修改的序列 (Ellis, 私人交流 ), 由上海生工生物技术有限公司合成 Rht1 基因位点野生型 (Rht-B1a) 和突变型 (Rht-B1b) 的特异性引物分别为 : 引物 NH-BF.2 与 WR1.2 用于检测 Rht-B1a 基因, NH-BF.2 与 MR1 用于检测 Rht-B1b 基因 ; 引物序列为 : NH-BF.2:5'-TCTCCTCCCTCCCCACCCCAAC-3'; WR1.2:5'-CCATGGCCATCTCGAGCTGC-3'; MR1:5'-CATCCCCATGGCCATCTCGAGCTA-3' Rht-D1b 特异性引物序列为 : DF:5'-CGCGCAATTATTGGCCAGAGATAG-3'; MR2:5'-CCCCATGGCCATCTCGAGCTGCTA-3' PCR 反应体系为 :20 µl 总体积中含有 1 buffer (50 mmol L -1 KCl,10 mmol L -1 Tris-Cl,1.5 mmol L -1 MgCl 2,pH 8.3),Hotstar Taq DNA 聚合酶 (Qiagen, Hilden, Germany)1.5 U,dNTP(A T C G) 各 200 µmol L -1, 每条引物 10 pmol, 模板 DNA 100 ng PCR 反应条件为 : 首先 min, 变性模板 DNA 并激活 Hotstar Taq DNA 聚合酶 ; 然后 94 变性 30 s,63 退火 30 s,72 延伸 30 s,38 个循环 ; 最后 72 延伸 5 min 扩增产物以 1.5% 的琼脂糖凝胶电泳检测, 缓冲体系为 1 TAE 溶液,80 V 电压电泳 1 h, 溴化乙锭染色后, 用 MultiGenius Gel Documentation and Analysis System 扫描成像并存入计算机在每个 PCR 反应和凝胶电泳中, 加入 Kukri 和 Janz 作对照, 以验证 PCR 反应和电泳结果的准确性 2 结果与分析 2.1 Rht-B1b 基因的检测利用 Ellis 提供的两对引物, 检测 Rht-B1b 基因如果一个小麦品种携带 Rht-B1a 基因, 用 NH-BF.2 和 WR1.2 引物可扩增出一条 400 bp 左右的片段 ; 如果携带 Rht-B1b, 用 NH-BF.2 与 MR1 引物可扩增出一条 400 bp 左右的片段 ; 即同一个品种两对引物 PCR 产物互补出现, 可以相互验证 [7] 通过 PCR 扩增, 小麦品

3 1682 中国农业科学 39 卷种 Janz 在 NH-BF.2 与 MR1 引物下扩增出 400 bp 左右片段 ( 图 1), 而在 NH-BF.2 与 WR1.2 引物下未扩增出 PCR 产物, 结果表明该品种携带 Rht-B1b 基因 ; Kukri 试验结果恰好相反, 表明其携带 Rht-B1a 基因两品种的试验结果与实际情况完全相符, 说明结果可靠将供试材料的 Rht-B1b 基因鉴定结果按不同麦区汇总于表 1 在检测的 239 份品种中,58 份含有 Rht-B1b 基因, 占 24.3% 新疆冬春麦区 Rht-B1b 分布频率最高, 为 62.5%; 其次为长江中下游冬麦区, 为 42.3%; 黄淮冬麦区北部冬麦区和西北春麦区分别为 28% 25.8% 和 25%; 北部春麦区和西南冬麦区分布频率分别为 9.1% 和 8.3%; 东北春麦区材料中未发现携带 Rht-B1b 矮秆基因的品种 M a b a b a b a b a b 400 bp M. 100 bp DNA ladder; 1. Janz; 2. Kukri; 3. 周麦 11; 4. 小偃 6 号 ; 5. 郑引 4 号 ; a. Rht-B1a 基因特异性引物的 PCR 扩增产物,b. Rht-B1b 基因特异性引物的 PCR 扩增产物 M. 100 bp DNA ladder; 1. Janz; 2. Kukri; 3. Zhoumai 11; 4. Xiaoyan 6; 5. St2422/464; a. PCR product amplified with the primer set of NH-BF.2 and WR1.2 for Rht-B1a gene,b. PCR product amplified with the primer set of NH-BF.2 and MR1 for Rht-B1b gene 图 1 部分小麦品种 Rht-B1b 基因的检测结果 Fig. 1 Electrophoresis of PCR product amplified with the STS marker of Rht-B1b gene for some tested cultivars in agarose gel 表 1 矮秆基因 Rht-B1b 和 Rht-D1b 在不同麦区的分布频率 Table 1 Frequencies of dwarfing genes Rht-B1b and Rht-D1b in different wheat regions 麦区 Region 品种数 No. of cultivars 携带不同矮秆基因的品种数 No. of cultivars with dwarfing genes 频率 Frequency (%) Rht-B1b Rht-D1b Rht-B1b Rht-D1b 北部冬麦区 NCPWWR 黄淮冬麦区 YHRVFWWR 长江中下游冬麦区 MLYVWWR 西南冬麦区 SWWR 东北春麦区 NESWR 北部春麦区 NSWR 西北春麦区 NWSWR 新疆冬春麦区 XWSWR 总计 Total NCPWWR=Northern China Plain Winter Wheat Region; YHRVFWWR=Yellow & Huai River Valley Facultative Winter Wheat Region; MLYVWWR=Middle & Low Yangtze Valley Winter Wheat Region; SWWR=Southwestern Winter Wheat Region; NESWR=Northeastern Spring Wheat Region; NSWR=Northern Spring Wheat Region; NWSWR=Northwestern Spring Wheat Region; XWSWR=Xinjiang Winter and Spring Wheat Region 2.2 Rht-D1b 基因的检测 Rht-D1b 特异性 STS 标记 PCR 反应的重复性测验在用 Rht-D1b 基因的 STS 标记检测大量小麦材料之前, 对其特异性进行了重复性检验 Rht-D1b 的 STS 标记在 9 个品种的 10 次 PCR 反应和电泳检测中, 结果一致 ( 图 2), 说明该分子标记具有特异性, 可以作为检测小麦材料 Rht-D1b 基因的标记 Rht-D1b 基因的分子标记对 239 份小麦品种进行检测, 得到一条与 Rht-D1b 基因相对应的 254 bp 的电泳条带利用含有 Rht-D1b 矮秆基因的对照品种 Kukri 及不含 Rht-D1b 基因的对照品种 Janz 来验证, 证实该片段的确是 Rht-D1b 矮秆基因特异性片段 ( 图 3)

8 期杨松杰等 : 用 STS 标记检测矮秆基因 Rht-B1b 和 Rht-D1b 在中国小麦中的分布 1683 M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 254 bp M:100 bp DNA ladder; 1. 京冬 8 号 ; 2. 小偃 22; 3. 济南 2 号 ; 4. 扬麦 4 号 ; 5. 周麦 18; 6. 鄂恩 1 号 ; 7. 河农 326; 8. 泰山 4 号 ; 9.

Norin 10 (CK) 图 2 Rht-D1b 基因特异性 STS 引物的 PCR 重复性检验 Fig.

4 8 期杨松杰等 : 用 STS 标记检测矮秆基因 Rht-B1b 和 Rht-D1b 在中国小麦中的分布 1683 M bp M:100 bp DNA ladder; 1. 京冬 8 号 ; 2. 小偃 22; 3. 济南 2 号 ; 4. 扬麦 4 号 ; 5. 周麦 18; 6. 鄂恩 1 号 ; 7. 河农 326; 8. 泰山 4 号 ; 9. 农林 10 号 (CK) M: 100 bp DNA ladder; 1. Jingdong 8; 2. Xiaoyan 22; 3. Jinan 2; 4. Yangmai 4; 5. Zhoumai 18; 6. E en 1; 7. Henong 326; 8. Taishan 4; 9. Norin 10 (CK) 图 2 Rht-D1b 基因特异性 STS 引物的 PCR 重复性检验 Fig. 2 Validation of Rht-D1b gene specific STS primer with 9 wheat cultivars M bp M 100 bp DNA ladder; 1. Kukri (CK); 2. Janz (CK); 3. 郑引 1 号 ; 4. 京 411; 5. 中麦 16; 6. 郑引 4 号 ; 7. 石家庄 54; 8. 绵阳 19; 9. 新克旱 9 号 ; 10. 农大 152; 11. 北京 837; 12. 农大 3291; 13. 鲁麦 14; 14. 小偃 22; 15. 宁春 4; 16. 豫麦 2 号 ; 17. 凤麦 24; 18. 高原 602 M 100 bp DNA ladder; 1. Kukri (CK); 2. Janz (CK); 3. St 1472/506; 4.Jing 411; 5. Zhongmai 16; 6. St2422/464; 7. Shijiazhuang 54; 8. Mianyang 19; 9. Xinkehan 9; 10. Nongda 152; 11. Beijing 837; 12. Nongda 3291; 13. Lumai 14; 14. Xiaoyan 22; 15. Ningchun 4; 16. Yumai 2; 17. Fengmai 24; 18. Gaoyuan 602 图 3 部分小麦品种 Rht-D1b 基因的 STS 标记 Fig. 3 Electrophoresis of PCR product amplified with the STS marker of Rht-D1b gene for check lines and some tested cultivars in agarose gel 中国小麦品种 Rht-D1b 基因分布频率分析从表 1 可以看出,Rht-D1b 基因在各个麦区的分布频率不同, 总体分布明显高于 Rht-B1b 基因的频率共有 112 个品种 ( 系 ) 含有 Rht-D1b 基因, 占 46.9% 各麦区 Rht-D1b 基因分布比例大小次序为 : 北部春麦区 (72.2%)> 黄淮冬麦区 (69%)> 西南冬麦区 (38.9%) > 西北春麦区 (37.5%)> 北部冬麦区 (35.5%)> 长江中下游冬麦区 (23.1%)> 新疆冬春麦区 (12.5%)> 东北春麦区 (0%) 由于 Rht-B1b 和 Rht-D1b 具有累加效应, 两个基因同时存在株高降低幅度更大 160 份品种 ( 系 ) 含 1 个矮秆基因,CA C1 山东 1355 周麦 11 和水源 86 等 5 份含 2 个,74 份没有 Rht-B1b 和 Rht- D1b 2.3 Rht-B1b 和 Rht-D1b 基因来源分析 Worland 等报道 [13],Saitama27 携带矮秆基因 Rht-B1d(Rht1s), 与农林 10 号携带的矮秆基因 Rht-B1b 位点相同, 仅是对 GA 3 反应的敏感性不同, 前者对 [10] GA 3 为弱的不敏感, 而后者为不敏感贾继增等通过幼苗 GA 3 鉴定, 发现郑引 4 号 (St2422/464) 的矮秆基因与 Saitama27 所携带的矮秆基因 (Rht-B1d) 在染色体的位点相同, 对 GA 3 反应相似, 认为郑引 4 号携带矮秆基因 Rht-B1d 本试验分子标记检测结果表明, 郑引 4 号携带矮秆基因 Rht-B1b 由于郑引 4 号也携带对 GA 3 反应敏感的矮秆基因 Rht8( 张学勇, 私人交流 ),Rht8 和 Rht-B1b 共同的效应, 可能导致郑引 4 号对 GA 3 总体反映表现为弱的不敏感性通过分子标记检测, 辉县红蚰包麦水源 86 与农林 10 号一样, 携带 Rht-D1b 矮秆基因, 与前人研究结果一致 [10,11] 239 份小麦品种 ( 系 ) 的系谱及所含矮秆基因的

5 1684 中国农业科学 39 卷详细资料见表 2 北部冬麦区 31 个品种中,8 个具有 Rht-B1b 基因 Rht-B1b 基因供体有 St2422/464 和农林 10 号小偃 54 是小偃 6 号的选系, 小偃 6 号选自 St2422/464// 小偃 96 的杂种后代,St2422/464 携带 Rht-B1b 基因, 小偃 54 的 Rht-B1b 基因应来自 St2422/ 464 农大 152 的亲本组成为临汾 5064/ 陕 011, 临汾 5064 选自组合临汾 5694/ 沙瑞克 (Saric F 74 )// 临汾 5054, 其中来源于国际玉米小麦改良中心 (CIMMYT) 的亲本 Saric F 74 又选自 Ciano Sib//Sonora 64/Klein Rendidor/3/L8156 组合, 而 Sonora 64 的亲本组合为 Yaktana 54//Norin 10/Brevor/3/2*Yaqui54 [13], 农林 10 号携带 Rht-B1b 基因, 故农大 152 的 Rht-B1b 基因来自农林 10 北部冬麦区 11 个品种具有 Rht-D1b 基因, Rht-D1b 基因的来源有辉县红 CA8686 的亲本组成为丰抗 4 号 // 百泉 5 号 - 有芒白 4 号 / 有 4- 洛 10 花药培养, 其中百泉 5 号是从辉县红 / 南大 2419 杂交后代中选育的, 辉县红含有 Rht-D1b 基因,CA8686 及其后代品种 CA9532 和 CA9632 的 Rht-D1b 基因来自辉县红由于其它携带矮秆基因材料的具体系谱不详, 其矮秆基因来源无法推断黄淮冬麦区 100 份材料中 28 个品种具有 Rht-B1b 矮秆基因,69 个品种具有 Rht-D1b 矮秆基因 Rht-B1b 基因的来源也是 St2422/464 和农林 10 号临汾 127 豫麦 17 和小偃 6 号复交亲本之一均有 St2422/464, 三者携带的 Rht-B1b 矮秆基因来自 St2422/464 以豫麦 17 为亲本选育的豫麦 35 豫麦 70 周麦 11 及以小偃 6 号为亲本选育的陕 229 陕 150 小偃 22 PH 临汾 1583 HS97-1 晋麦 45 等品种, 其 Rht-B1b 基因也来自 St2422/464 临汾 139 的亲本组成为临汾 5064/ 太原 163, 从前面系谱分析可知, 临汾 5064 携带的 Rht-B1b 矮秆基因最初供体为农林 10 号, 由其选育的临汾 139 的 Rht-B1b 矮秆基因也来源农林 10 号黄淮冬麦区 Rht-D1b 基因的来源包括水源 86 辉县红蚰包麦和农林 10 具有 Rht-D1b 矮秆基因的品种矮丰 3 号百农 3217 豫麦 13 冀麦 7 号冀麦 24 晋麦 61 郑优 6 号等都具有咸农 39 的血缘咸农 39 是西农 6028 和水源 86 的杂交后代, 而水源 86 具有 Rht-D1b 矮秆基因, 上述品种 Rht-D1b 矮秆基因应来源于水源 86 辉县红携带 Rht-D1b 基因, 以其为亲本选育的济南 13 泰山 4 号及冀麦 36 等品种的 Rht-D1b 矮秆基因来自辉县红豫麦 2 号的亲本是 65(14) 3 / 辉县红, 两亲本分别具有咸农 39 和辉县红的血缘, 以豫麦 2 号为亲本, 培育出的山农 956(1)61 豫麦 21 号豫麦 25 号豫麦 34 号豫麦 47 号皖麦 19 和皖麦 48 等都具有 Rht-D1b 基因, 其最初来源是辉县红或水源 86 蚰包麦含有 Rht-D1b 基因, 山农辐 63 鲁麦 7 号鲁麦 14 具有蚰包麦的血缘, 其 Rht-D1b 基因来自蚰包麦由上面分析可知, 用临汾 5064 做亲本培育的具有 Rht-D1b 基因的品种如济南 17 号济麦 19 等, 农林 10 号是其 Rht-D1b 基因的最初供体长江中下游冬麦区 26 份材料中有 11 个含有 Rht-B1b 矮秆基因,6 个有 Rht-D1b 基因系谱分析可知,Rht-B1b 基因最初来源也为 St2422/464 和农林 10 号,Rht-D1b 基因最初供体为水源 86 和辉县红安农和安农亲本均有 St2422/464, 其矮源应来自 St2422/464 鄂麦 12 的亲本组合为滇 / 鄂麦 6 号, 滇选自矮绒穗 / Saric F70// 矮立多选系,Saric F70 携带的 Rht-B1b 矮秆基因来源于农林 10 号, 所以, 鄂麦 12 的 Rht-B1b 矮秆基因应来源于农林 10 号皖麦 18 的 Rht-D1b 矮秆基因应该来自于水源 86, 因为该品种是百农 3217 的后代, 百农 3217 来自阿夫 / 内乡 5// 咸农 39/3/ 西农 64(4) 3 / 偃大 24/ 北京杂交组合 [14] 皖麦 19 和皖麦 48 含有的 Rht-D1b 矮秆基因直接来自豫麦 2 号, 辉县红是两品种 Rht-D1b 矮秆基因的间接供体西南冬麦区 36 个材料中 3 个含有 Rht-B1b 基因, 14 个含有 Rht-D1b 基因德麦 4 号云麦 39 和云麦 44 携带 Rht-B1b 基因德麦 4 号组合为毕麦 5 号 /Ⅱ 8156// 中引 1022, 来自墨西哥的亲本 Ⅱ815 与墨巴 66 等同属一个组合 (Penjamo 62/Gabo 55) 的选系, 而其中亲本 Penjamo 62 又产生于 Frontana/Kenya 58// New thatch/3/norin 10/Brevor 组合 [14], 故德麦 4 号的 Rht-B1b 基因最初供体为农林 10 云麦 39 和云麦 44 也具有 Penjamo 62 的血缘 [8], 其 Rht-B1b 基因也来源农林 10 该麦区携带 Rht-D1b 矮秆基因的品种 ( 系 ), 其亲本组合多为系谱代号, 无法追到更深一级的矮秆基因来源东北春麦区的 19 个品种中均未检测到 Rht-B1b 或 Rht-D1b 矮秆基因通过系谱分析发现近 10 多年来黑龙江培育的小麦品种多来自克字号系列小麦之间的相互复合杂交, 几个骨干亲本基本上都是引自国外的品种该麦区处于高纬度地区, 要求小麦为光敏感型光周期基因 Ppd1 Ppd2 和 Ppd3 具有多效性作用, 也能象其他矮秆基因一样使株高发生矮化 [5] 这说明株高与光周期的适应性有间接关系北部春麦区只有 11 个品种,1 个含 Rht-B1b 基因,

6 8 期杨松杰等 : 用 STS 标记检测矮秆基因 Rht-B1b 和 Rht-D1b 在中国小麦中的分布个含有 Rht-D1b 基因系谱分析看出,Rht-B1b 基因来自 Tal 矮败系宁春 4 号的组合索诺拉 64/ 宏图 ( 阿勃 / 碧玉麦 ), 索诺拉 64 的亲本之一是农林 10 号, 宁春 4 号及衍生品种内麦 19 巴优 1 号和巴的 Rht-D1b 矮秆基因来自农林 10 号表份中国小麦品种 ( 系 ) 系谱及其所含矮秆基因类型 Table 2 Pedigrees of 239 Chinese wheat cultivars and their Rht-B1b and Rht-D1b dwarfing genes 品种名称 Rht1 基因 Rht2 基因品种名称 Rht1 基因 Rht2 基因品种名称 Rht1 基因 Rht2 基因 CA8686 Rht-D1b 邯 4564 Han 4564 Rht-D1b 蚰包麦 Youbaomai Rht-D1b CA9532 Rht-B1b Rht-D1b 邯 4589 Han 4589 Rht-D1b 辉县红 Huixianhong Rht-D1b CA9632 Rht-D1b 邯 4599 Han 4599 Rht-D1b 郑引 1 号 St1472/506 CA9722 Rht-B1b 邯 5316 Han 5316 Rht-D1b 郑引 4 号 St2422/464 Rht-B1b 北京 10 号 Beijing 10 邯 6172 Han 6172 Rht-D1b 中育 6 号 Zhongyu 6 Rht-D1b 冬丰 611 Dongfeng 611 Rht-B1b 河农 341 Henong 341 Rht-D1b 85 中 33 85zhong33 Rht-D1b 冬丰 9801 Dongfeng 9801 Rht-B1b 河农 1121 Henong 1121 Rht-B1b 新麦 11 Xinmai 11 Rht-D1b 冬丰 9817 Dongfeng 9817 Rht-B1b 河农 326 Henong 326 偃展 4110 Yanzhan 4110 Rht-D1b 丰抗 8 号 Fengkang 8 冀 5099 Ji 5099 Rht-B1b 百农 3217 Bainong 3217 Rht-D1b 京 837 Jing 837 冀麦 7 Jimai 7 Rht-D1b 周 Zhou Rht-D1b 京 841 Jing 841 冀麦 24 Jimai 24 Rht-D1b 周麦 11 Zhoumai 11 Rht-B1b Rht-D1b 中麦 9 号 Zhongmai 9 Rht-D1b 冀麦 26 Jimai 26 Rht-D1b 周麦 16 Zhoumai 16 Rht-D1b 中麦 16 Zhongmai 16 Rht-D1b 冀麦 36 Jimai 36 Rht-D1b 周麦 18 Zhoumai 18 Rht-D1b 中优 9507 Zhongyou 9507 冀麦 38 Jimai 38 Rht-B1b 郑优 6 号 Zhengyou 6 Rht-D1b 中优 9701 Zhongyou 9501 Rht-D1b 石家庄 54 Shijiazhuang 54 郑州 974 Zhengzhou 974 Rht-D1b 中优 9843 Zhongyou 9843 Rht-D1b 泰山 1 号 Taishan 1 Rht-D1b 郑麦 9023 Zhengmai 9023 Rht-D1b 原冬 107 Yuandong 107 Rht-D1b 泰山 4 号 Taishan 4 Rht-D1b 豫麦 2 号 Yumai 2 Rht-D1b 原冬 9428 Yuandong 9428 济南 2 号 Jinan 2 Rht-D1b 豫麦 13 Yumai 13 Rht-D1b 京 411 Jing 411 济南 13 Jinan 13 Rht-D1b 豫麦 17 Yumai 17 Rht-B1b 京 9428 Jing 9428 济南 16 Jiman 16 Rht-D1b 豫麦 18 Yumai 18 Rht-D1b 京冬 8 号 Jingdong 8 济南 17 Jinan 17 Rht-D1b 豫麦 21 Yumai 21 Rht-D1b 京冬 10 号 Jingdong 10 济麦 19 Jimai 19 Rht-D1b 豫麦 24 Yumai 24 Rht-D1b 京农 8318 Jingnong 8318 Rht-D1b 济麦 20 Jimai 20 Rht-D1b 豫麦 25 Yumai 25 Rht-D1b 京农 Jingnong 鲁麦 1 号 Lumai 1 Rht-D1b 豫麦 28 Yumai 28 京农 Jingnong Rht-B1b 鲁麦 7 号 Lumai 7 Rht-D1b 豫麦 34 Yumai 34 Rht-D1b 东方红 3 号 Dongfanghong 3 鲁麦 14 Lumai 14 Rht-D1b 豫麦 35 Yumai 35 Rht-B1b 农大 139 Nongda 139 Rht-D1b 鲁麦 21 Lumai 21 Rht-D1b 豫麦 47 Yumai 47 Rht-D1b 农大 152 Nongda 152 Rht-B1b PH Rht-B1b 豫麦 49 Yumai 49 Rht-D1b 农大 3291 Nongda 3291 Rht-D1b 山东辐 63 Shandongfu 63 Rht-D1b 豫麦 50 Yumai 50 Rht-D1b 晋麦 207 Jinmai 207 山农 617 Shannong 617 Rht-D1b 豫麦 54 Yumai 54 Rht-D1b 小偃 54 Xiaoyan 54 Rht-B1b 山农 664 Shannong 664 Rht-D1b 豫麦 57 Yumai 57 Rht-D1b 96C1 Rht-B1b Rht-D1b 山农 1355 Shannong 1355 Rht-B1b Rht-D1b 豫麦 58 Yumai 58 Rht-D1b HS97-1 Rht-B1b 山东 Shannong Rht-D1b 豫麦 62 Yumai 62 Rht-D1b HS97-10 Rht-B1b 山农 Shannong Rht-D1b 豫麦 63 Yumai 63 Rht-D1b 沧核 030 Canghe 030 烟辐 188 Yanfu 188 Rht-D1b 豫麦 66 Yumai 66 Rht-B1b 藁城 8901 Gaocheng 8901 Rht-B1b 烟农 15 Yannong 15 豫麦 69 Yumai 69 Rht-D1b 邯 3475 Han 3475 Rht-D1b 烟农 19 Yannong 19 Rht-D1b 豫麦 70 Yumai 70 Rht-B1b

7 1686 中国农业科学 39 卷续表 2 Continued 2 品种名称 Rht1 基因 Rht2 基因品种名称 Rht1 基因 Rht2 基因品种名称 Rht1 基因 Rht2 基因水源 86 Suwon 86 Rht-B1b Rht-D1b 鄂恩 1 号 E en 1 克旱 7 号 Kefeng 7 小偃 6 号 Xiaoyan 6 Rht-B1b 武麦 1 号 Wumai 1 克旱 8 Kehan 8 小偃 22 Xiaoyan 22 Rht-B1b 华麦 8 号 Huamai 8 新克旱 9 号 Xinkehan 9 西安 8 号 Xi an 8 Rht-D1b R25 克旱 10 Kehan 10 荔垦 2 号 Liken 2 Rht-B1b R57 克旱 16 Kehan 16 陕 150 Shan 150 Rht-B1b R59 克 92R-172 Ke 92R-172 陕 229 Shan 229 Rht-B1b R97 Rht-D1b 克 Ke 陕农 7859 Shannong 7859 Rht-B1b R111 龙麦 10 Longmai 10 矮丰 3 号 Aifeng 3 Rht-D1b R122 龙麦 12 Longmai 12 西农 1376 Xinong 1376 Rht-D1b 繁 6 Fan 6 龙麦 19 Longmai 19 西农 2611 Xinong 2611 Rht-D1b 科丰 14 Kefeng 14 Rht-D1b 龙麦 26 Longmai 26 西农 291 Xinong 291 绵阳 11 Mianyang 11 龙 Long 晋麦 45 Jinmai 45 Rht-B1b 绵阳 15 Mianyang 15 龙 Long 晋麦 50 Jinmai 50 Rht-B1b 绵阳 19 Mianyang 19 龙 Long 晋麦 60 Jinmai 60 Rht-B1b 绵阳 20 Mianyang 20 Rht-D1b 辽春 10 号 Liaochun 10 晋麦 61 Jinmai 61 Rht-D1b 绵阳 26 Mianyang 26 Rht-D1b 晋春 14 Jinchun 14 Rht-B1b 临汾 127 Linfen 127 Rht-B1b 绵阳 28 Mianyang 28 Rht-D1b 冀张春 5 号 Jizhangchun 5 临汾 139 Linfen 139 Rht-B1b 绵农 4 号 Miannong 4 内麦 19 Neimai19 Rht-D1b 临优 1583 Linyou 1583 Rht-B1b 川育 12 Chuanyu 12 巴 Ba 运丰早 101 Yunfengzao 101 Rht-D1b 川育 14 Chuanyu 14 Rht-D1b 巴 Ba Rht-D1b 淮麦 16 Huaimai 16 Rht-B1b 川麦 20 Chuanmai 20 巴 Ba Rht-D1b 淮麦 17 Huaimai 17 Rht-B1b 川麦 22 Chuanmai 22 巴 Ba Rht-D1b 扬辐 Yangfu 川麦 28 Chuanmai 28 巴 Ba Rht-D1b 扬麦 1 号 Yangmai 1 川麦 107 Chuanmai 107 巴 Ba Rht-D1b 扬麦 4 号 Yangmai 4 内 2938 Nei 2938 Rht-D1b 巴 Ba Rht-D1b 扬麦 5 号 Yangmai 5 西科 Xike 0106 Rht-D1b 巴优 1 号 Bayan 1 Rht-D1b 扬麦 9 号 Yangmai 9 Rht-B1b 西科 Xike Rht-D1b 陇春 15 Longchun 15 扬麦 158 Yangmai 158 Rht-B1b 渝 94-7 Yu 94-7 Rht-D1b 青春 533 Qingchun 533 Rht-D1b 南大 2419 Mentana 宜 Yi 青春 566 Qingchun 566 Rht-B1b 皖麦 18 Wanmai 18 Rht-D1b 宜 Yi Rht-D1b 高原 602 Gaoyuan 602 Rht-B1b 皖麦 19 Wanmai 19 Rht-D1b 德麦 3 号 Demai 3 Rht-D1b 宁春 4 Ningchun 4 Rht-D1b 皖麦 33 Wanmai 33 Rht-B1b 德麦 4 号 Demai 4 Rht-B1b 宁春 16 Ningchun 16 Rht-D1b 皖麦 38 Wanmai 38 Rht-D1b 风麦 24 Fengmai 安农 Annong Rht-B1b 凤麦 27 Fengmai 27 蓝天 9 号 Lantian 9 安农 Annong Rht-B1b 引 Yin Rht-D1b 新春 2 号 Xinchun 2 Rht-B1b 安农 Annong Rht-D1b 玉麦 3 号 Yumai 3 Rht-D1b 新春 6 号 Xinchun 6 Rht-B1b 鄂麦 6 号 Emai 6 云麦 39 Yunmai 39 Rht-B1b 新春 9 号 Xinchun 9 Rht-B1b 鄂麦 11 Emai 11 Rht-B1b 云麦 42 Yunmai 42 新冬 18 Xindong 18 鄂麦 12 Emai 12 Rht-B1b 云麦 44 Yunmai 44 Rht-B1b 新冬 20 Xindong 20 Rht-D1b 鄂麦 14 Emai 14 Rht-D1b 克丰 1 号 Kefeng 1 新冬 22 Xindong 22 鄂 E Rht-B1b 克丰 2 号 Kefeng 2 新冬 24 Xindong 24 Rht-B1b 鄂 E Rht-D1b 克丰 3 号 Kefeng 3 新冬 25 Xindong 25 Rht-B1b 鄂 E Rht-B1b 克丰 6 号 Kefeng 6

8 8 期杨松杰等 : 用 STS 标记检测矮秆基因 Rht-B1b 和 Rht-D1b 在中国小麦中的分布 1687 西北春麦区的供试材料有 8 份,2 个含 Rht-B1b 基因,3 个含 Rht-D1b 基因该区自己培育的材料很少, 基本上都是引进我国其它麦区或者是国外直接育成的品种宁春 4 号的 Rht-D1b 基因来自农林 10 号新疆冬春麦区参试的品种数 8 份,5 个含有 Rht- B1b 基因新春 2 号是用 60 Coγ 射线辐照西特 - 赛洛斯 [Penjamo 62 Sib( 亲本 Norin10)/Gabo 55]/ 奇春 4 号 Fo 干种后选育出来的 [14], 其亲本之一西特赛洛斯 (Siete Cerros) 来自 Penjamo 62 和 Gabo 55 的组合, 而 Penjamo 62 又具有农林 10 号的血统, 因此可以推测, 新春 2 号及其衍生后代新春 6 号的 Rht-B1b 基因最初是从农林 10 号来的通过对 239 份供试材料的系谱分析可以看出, Rht-B1b 基因供体有 St2422/464 和农林 10,Rht-D1b 基因来源于农林 10 号水源 86 辉县红和蚰包麦 3 讨论 239 份小麦材料的分子检测表明,Rht-B1b 和 Rht-D1b 基因在全国各个生态区育成品种中的分布频率不同出现这种现象的原因, 一是可能与各生态区育种上所用矮源不同有关二是可能与矮秆基因本身或与之紧密连锁的品种生态适应性有关, 尤其是在直接引进育成品种中表现明显, 因为引进品种时并没有考虑矮秆基因的状况, 而在长期自然和人工选择下, Rht-B1b 基因高频率分布地域就出现在新疆冬春麦区, 而 Rht-D1b 基因高频率分布地域就出现在北部春麦区由于不同品种的遗传背景不同, 所含矮秆基因的类型和数目不同, 很难对 Rht-B1b 和 Rht-D1b 基因的效应进行单独分析世界各国都在筛选简便实用和可靠的分子标记, 同时十分注重已有标记的验证和降低成本, 重点筛选多态性强的标记标记的验证工作重点是验证一个位点在不同遗传背景中的有效性, 在所有亲本或组合中的多态性, 以及标记使用方法等本研究选用国外学者设计的引物对 239 份中国小麦品种 Rht-B1b 和 Rht-D1b 基因进行检测, 结果与系谱分析是一致的, 说明 Rht-B1b 和 Rht-D1b 基因特异性 STS 标记可以用于小麦育种上株高改良的分子标记辅助选择到目前为止, 虽然命名的小麦主效矮秆基因已有 25 个, 但在中国小麦育种上所用矮源仍然十分单一这为今后小麦矮秆基因的研究利用提出了新的课题, 第一, 探索既能够明显降低株高增强抗倒伏能力, 又可以获得高产的理想矮秆基因第二, 能否组装和累加不同的矮秆基因, 包括主效和微效矮秆基因, 以获得较为理想的株高第三, 应继续探索鉴定和利用新的矮秆资源 Rht1 和 Rht2 降秆效果明显, 但幼苗繁茂性差,Rht8 虽繁茂性好但降秆能力有限, 因此 CSIRO 与 CIMMYT 合作试图将降秆能力强繁茂性好的 Rht12 和 Rht13 用于小麦育种 4 结论利用 Ellis 等为 Rht-B1b 和 Rht-D1b 基因设计的引物, 检测了中国主要麦区的 239 份品种 ( 系 ) Rht-B1b 和 Rht-D1b 基因分子检测结果重复性好, 结果与系谱分析相一致, 本文采用的 STS 标记可以应用于小麦育种的分子标记辅助选择 Rht-B1b 和 Rht-D1b 基因在各麦区的分布频率不同, 前者基因总体分布明显低于后者的频率 ; 上述两个基因在同一品种 ( 系 ) 出现的概率很低结合分子检测结果和系谱分析可知, 中国小麦品种 ( 系 ) 携带的 Rht-B1b 矮秆基因来自 St2422/464 和农林 10,Rht-D1b 矮秆基因来自农林 10 号水源 86 辉县红和蚰包麦 References [1] Bonjean A P, Augus W J. The World Wheat Book A History of Wheat Breeding. Intercept, Londres-Paris-New York, [2] McIntosh R A, Hart G E, Devos K M, Gale M D, Rogers W J. Catalogue of gene symbols for wheat. In: Proc 9 th Int Wheat Genet Symp, Saskatoon, Saskatchewan, Canada 2-7 August 1998, Volume 5, Saskatoon: University Extension Press, Univ. of Saskatchewan, Canada. [3] Ahmad M, Sorrells M E. Distribution of microsatellite alleles linked to Rht8 dwarfing genes in wheat. Euphytica, 2002, 123: [4] Bai G H, Das M K, Carver B F, Xu X Y, Krenzer E G. Covariation for microsatellite marker alleles associated with Rht8 and coleoptile length in winter wheat. Crop Science, 2004, 44: [5] Börner A, Worland A J, Plaschke J, Schumann E, Law C N. Pleiotropic effects of genes for reduced height (Rht) and day-length insensitivity (Ppd) on yield and its components for wheat grown in middle Europe. Plant Breeding, 1993, 111: [6] Börner A, Korzun A V, Worland A J. Comparative genetic mapping of loci affecting plant height and development in cereals. Euphytica, 1998, 100: [7] Ellis M H, Spielmeyer W, Rebetzke G J, Richards R A. Perfect markers for the Rht-B1b and Rht-D1b dwarfing genes in wheat. Theoretical and Applied Genetics, 2002, 105:

9 1688 中国农业科学 39 卷 [8] Worland A J, Korzun V, Röder M S, Ganal M W, Law C N. Genetic analysis of the dwarfing gene Rht8 in wheat. PartⅡ. The distribution and adaptive significance of allelic variants at the Rht8 locus of wheat as revealed by microsatellite screening. Theoretical and Applied Genetics, 1998, 96: [9] 周阳, 何中虎, 张改生, 夏兰琴, 陈新民, 张立平, 陈锋. 用微卫星标记鉴定中国小麦品种中 Rht8 矮秆基因的分布. 作物学报, 2003, 29: Zhou Y, He Z H, Zhang G S, Xia L Q, Chen X M, Zhang L P, Chen F. Rht8 dwarf gene distribution in Chinese wheats identified by microsatellite marker. Acta Agronomica Sinica, 2003, 29: (in Chinese) [10] 贾继增, 丁寿康, 李月华, 张辉. 中国小麦的主要矮秆基因及矮源的研究. 中国农业科学, 1992, 25(1): 1-5. Jia J Z, Ding S K, Li Y H, Zhang H. Studies of main dwarf genes and [11] 郭保宏, 宋春华, 贾继增. 我国小麦品种的 Rht1 Rht2 矮秆基因鉴定及分布研究. 中国农业科学, 1997, 30(5): Guo B H, Song C H, Jia J Z. Studies on the identification of Rht1 and Rht2 and their distribution in Chinese wheats. Scientia Agricultura Sinica, 1997, 30(5): (in Chinese) [12] Sambrook J, Fritsch E F, Maniatis T. Molecular Cloning: a Laboratory Manual. Cold Spring Harbour Laboratory Press, Cold Spring Harbour, New York, [13] Worland A J, Petrovic S. The gibberellic acid insensitive dwarfing gene from the wheat variety Saitama27. Euphtica, 1988, 38: [14] 庄巧生主编. 中国小麦品种改良及系谱分析. 北京 : 中国农业出版社, Zhuang Q S (editor in chief). Wheat Improvement and Pedigree Analysis in Chinese. Beijing: Chinese Agricultural Press, 2003.(in Chinese) dwarf resources on Chinese wheat. Scientia Agricultura Sinica, 1992, 25(1): 1-5. (in Chinese) ( 责任编辑孙雷心 )

Syngene GBOXHR Retsch MM400 KQ DE Eppendorf Table 1 The sources of Astragali Radix and Hedysarum Radix No. 1 AMM2011_NMGTY Astr

Syngene GBOXHR Retsch MM400 KQ DE Eppendorf Table 1 The sources of Astragali Radix and Hedysarum Radix No. 1 AMM2011_NMGTY Astr PCR 龙平, 崔占虎, 李虔全, 徐建平, 张春红, 周立社 * *, 李旻辉 ( 包头医学院, 内蒙古包头 014060) DNA 30 28 DNA trnl-trnf PCR PCR 136 bp 323 bp 10% PCR PCR Astragalus membranaceus Fisch. Bge. var. mongho- licus Bge. Hsiao A. membranaceus