20 卷林旭群等 8 紧密连锁 (0.6 cm), 其扩增出的 92 bp 大小的特异片段, 可作为鉴定矮秆基因 Rht8 的分子标记 [9]. 除分子标记外, 人为施加赤霉素 (GA 3 ) 也可将矮秆小麦可分为敏感和不敏感两类 ; 且研究表明不同类型的胚芽鞘长度对赤霉素的反应也不一致 [0-3]

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圆制奚
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1 DOI: /SP.J 应用与环境生物学报 Chin J Appl Environ Biol 204,20 ( ) : 小麦矮秆基因 Rht-Bb Rht-Db Rht8 的检测及其对株高的影响 * 林旭群, 2 李韵芳鲁璐张春艳, 2 廖金花, 2 李莉蓉吴瑜 ** 中国科学院成都生物研究所成都中国科学院大学北京摘要为进一步明确矮秆基因对杂交后代的致矮能力, 一方面利用分子标记对 26 份小麦材料中所含有的矮秆基因 (Rht-Bb Rht-Db Rht8) 进行了检测, 另一方面选取较矮的 8 份材料作为母本, 与两个高秆地方品种 ( 中国春宜宾白麦子 ) 进行杂交, 测量 F 代株高并计算致矮力 ; 最后, 结合两方面的数据来估计矮秆基因对株高的影响. 结果表明, 同一母本与不同父本, 或同一父本与不同的母本, 杂交后 F 代株高存在较大差异. 因此, 各矮秆基因表达可能具有遗传背景效应. 在与 Rht8 紧密连锁的分子标记 Xgwm26 位点扩增出了 3 个等位变异, 分别为 74 bp 92 bp 和 20 bp, 其中 20 bp 片段所占比例最高, 为 57.7%. 特别值得注意的是, 检测到份同时含 Rht-Bb+Rht-Db+Rht8 的材料 ( 川育 925 矮 ). 由于其株高矮 (57.92 cm), 平均致矮力高 (29.4%), 具高抗条锈病, 且其它综合农艺性状好, 因此推荐作为小麦矮化半矮化育种的主要亲本之一. 图 3 表 4 参 29 关键词小麦 ; 矮秆基因 ;Xgwm26 位点 ; 致矮力 CLC S52.03 Identification of wheat dwarfing genes Rht-Bb, Rht-Db, Rht8 and their effects on plant height* LIN Xuqun, 2, LI Yunfang, LU Lu, ZHANG Chunyan, 2, LIAO Jinhua, 2, LI Lirong & WU Yu ** Chengdu Institute of Biology, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 6004, China 2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 00049, China Abstract In order to identify the height reducing capability of dwarfing genes to hybrids, we detected the dwarfing genes (Rht- Bb, Rht-Db, and Rht8) of 26 wheat cultivars or advanced lines by using molecular markers. Eight dwarfer wheat materials were selected as female to cross with two tall Sichuan landraces (Chinese Spring and Yibinbaimaizi). Then the height of F plants was tested, and the height reduction percentages calculated. With the two results combined, the effect of dwarfing genes to hybrids was evaluated. The results showed the expression of dwarfing genes strongly affected by different backgrounds, since the height of F plants varied largely even if they had same female or male parents. In Xgwm26 loci, which was closely linked with Rht8 gene, three different fragments (74 bp, 92 bp and 20 bp, respectively) were amplified, with the 20 bp fragment showing the highest ratio (57.7%). Notably, one elite line, named CY925ai, composed of three dwarfing genes at the same time (Rht-Bb + Rht-Db + Rht8), was detected. Because of its dwarf height (57.92 cm), high average height-reduction percentage (29.4%), as well as high resistance to yellow rust and good agronomic traits, it was recommended as a good parent for wheat dwarfing and semi-dwarfing breeding. Keywords wheat; dwarfing gene; Xgwm26 locus; height reducing capability 倒伏是造成小麦减产的主要原因之一, 且对籽粒品质有较大影响. 研究表明, 降低株高, 不但有利于小麦抗倒伏能力收稿日期 Received: 接受日期 Accepted: * 中国科学院知识创新工程重要方向项目 (KSCX3-EW-N-02-2) 和十二五国家科技支撑计划项目 (20BAD35B03) 资助 Supported by the Main Direction Program of Knowledge Innovation of Chinese Academy of Sciences (KSCX3-EW-N-02-2) and the Twelfth Five-Year National Key Technology Research and Development Program (20BAD35B03) ** 通讯作者 Corresponding author ( wuyu@cib.ac.cn) 和收获指数的提高 ; 而且由于基因多效性的存在, 还有利于增加单位面积籽粒数每穗籽粒数, 抑制 α- 淀粉酶活性等 [-4]. 因此, 矮化半矮化育种已成为保证小麦高产优质的一个重要途径. 控制小麦株高的矮秆基因 (Rht) 很多, 但研究较深入生产上应用较广泛的主要有来源于农林 0 号 (Norin 0) 的 Rht-Bb( 原来的 Rht) Rht-Db( 原来的 Rht2), 以及来源于赤小麦 (Akakomugi) 的 Rht8 [5-7]. Ellis 等发现利用 STS 标记可快速准确区分具有互补性质的 Rht-Bb 和 Rht-Ba, 以及 Rht- Db 和 Rht-Da 等位基因 [8] ;SSR 引物 Xgwm26 位点与 Rht8 位点

2 20 卷林旭群等 8 紧密连锁 (0.6 cm), 其扩增出的 92 bp 大小的特异片段, 可作为鉴定矮秆基因 Rht8 的分子标记 [9]. 除分子标记外, 人为施加赤霉素 (GA 3 ) 也可将矮秆小麦可分为敏感和不敏感两类 ; 且研究表明不同类型的胚芽鞘长度对赤霉素的反应也不一致 [0-3]. 虽然苗期 GA 3 敏感性检测和分子标记都可以用于鉴定材料中 Rht 基因, 但 GA 3 法不能有效地区分各矮秆基因的等位变异, 因此, 主要利用分子标记鉴定植株中的矮秆基因, 赤霉素反应鉴定则主要研究矮秆基因对胚芽鞘长度和叶伸长的影响. 利用上述分子标记, 国内外科研工作者对各国地区小麦品种中所含有的矮秆基因 Rht-Bb Rht-Db 和 Rht8 进行 [6, 了广泛的鉴定 4-2]. 随着参与检测的材料增加,Xgwm26 位点发现除 92 bp 片段外, 还可扩增出其它大小的片段 ( 如 65 bp 74 bp 20 bp 20 bp 等 ), 它们对应的小麦株高也 [9, 4, 存在差异, 因此,Rht8 位点可能存在其它等位变异 8-20]. 此外,Ellis 等 (2007) 还发现一些含有 Xgwm26-92 bp 片段的澳大利亚和 CIMMYT( 国际玉米小麦改良中心 ) 的小麦植株不具有降低株高的效应, 因此, 建议在利用 SSR 分子标记 Xgwm26 鉴定 Rht8 基因时, 必须结合系谱分析或是考虑株高效应 [6]. 我国关于小麦矮化育种也作了大量研究. 贾继增等 (992) 首次对我国小麦的主要矮秆资源进行了赤霉酸 (GA 3 ) 反应鉴定, 并明确了我国小麦的 4 个主要矮源 [22]. 周阳等 (2003) 利用 Xgwm26 标记对我国主产区近 30 年小麦主栽品种进行了 Rht8 的鉴定 [23]. 杨松杰等 (2006) 用 STS 标记检测了 Rht-Bb 和 Rht-Db 在中国小麦中的分布 [24]. Zhang 等 (2006) 和唐娜 (202) 则研究了我国主要麦区品种中 Rht-Bb Rht- Db 和 Rht8 基因的分布情况, 并结合系谱分析了这 3 个矮秆基 [6, 因的来源 25]. 研究表明, 不同的矮秆基因降低株高的效应可能不同. 一般来说,Rht-Db 比 Rht-Bb 降低小麦株高的效应略大, 但 Rht8 的效应则比二者小得多 ; 但若材料中同时存 Rht-Bb 和 Rht-Db 基因, 则其效应比单独的 Rht-Bb 或 Rht-Db 降低株高 [3, 3, 的作用强 26]. 同大量地调查矮秆基因在不同国家或地区的分布情况或鉴定与 Rht8 紧密连锁的 Xgwm26 位点的等位变异研究相比, 各矮秆基因, 特别是同时含有 2 个或 3 个矮秆基因 ( 如 Rht-Bb+Rht-Db Rht-Bb+Rht-Db+Rht8) 对株高效应的研究有待进一步加强. 因此, 本研究选取 26 份小麦材料 ( 其中高代稳定品系 5 个 ), 利用分子标记对 3 个矮秆基因 (Rht-Bb RhtDb 和 Rht8) 进行检测 ; 并通过与高秆地方品种中国春宜宾白麦子杂交后测定亲本和 F 代株高, 分析不同矮杆基因的降秆作用. 材料与方法. 实验材料参与实验的 26 份小麦材料株高及选育单位见表. 其中, 品种 9 个, 分别为川育 5 川育 2 川育 3 川育 7 川农 2 川农 7 川麦 30 百农矮抗 58 小偃 54; 地方品种 2 个 : 中国春宜宾白麦子 ; 其余 5 个为高代稳定品系..2 实验方法.2. 分子标记检测小麦抽芽长出第 2 片叶片时, 采集 26 份小麦品种 ( 系 )( 表 ) 的叶片, 用 CTAB 法提取小麦叶片 DNA [27],PCR 检测. 表供试小麦选育单位及平均株高 Table Source and average height of wheat tested 材料 Material 株高 Height (h/cm) 选育单位 Source 川育 5 CY CIB 川育 2 CY CIB 川育 3 CY CIB 川育 7 CY CIB 川农 2 Chuannong SAU 川农 7 Chuannong SAU 川麦 30 Chuanmai SAAS 百农矮抗 58 Bainongaikang HIST 小偃 54 Xiaoyan IGDB 中国春 Chinese Spring 2.72 地方品种 Landraces 宜宾白麦子 Yibinbaimaizi 5.64 地方品种 Landraces 川育 925 矮 CY925ai CIB 92(8) CRI CIB G CIB G CIB CIB G CIB G CIB G CIB CIB D CIB 中植 3586 Zhongzhi IPP 川雅 Chuanya SAU SAU 阆 9247 矮 Lang9247ai 7.00 LAAS CIB: 中国科学院成都生物研究所 ;SAU: 四川农业大学 ;SAAS: 四川省农业科学院 ;HIST: 河南科技学院 ;IGDB: 中国科学院遗传与发育生物学研究所 ;CRI: 山东省农业科学院作物研究所 ;IPP: 中国农业科学院植物保护研究所 ;LAAS: 阆中县农科所. CIB: Chengdu Institute of Biology, Chinese Academy of Sciences; SAU: Sichuan Agricultural University; SAAS: Sichuan Academy of Agricultural Sciences; HIST: Henan Institute of Science and Technology; IGDB: Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences; CRI: Crop Research Institute, Shandong Academy of Agricultural Sciences; IPP: Institute of Plant Protection, Chinese Academy of Agricultural Sciences; LAAS: Langzhong Academy of Agricultural Sciences. 检测 Rht-Bb Rht-Ba 和 Rht-Db Rht-Da 的特异性引物参考 Ellis 等发表的序列 ( 表 2) 合成 [8] ;Rht8 引物参考 Korzun 报道的序列 ( 表 2) 合成 [9]. 引物均由上海生工生物技术有限公司合成. 2 PCR Reaction Mix 均购自北京康为世纪生物科技有限公司. Rht-Bb Rht-Ba 和 Rht-Db Rht-Da 基因的 PCR 体系, DNA 模板 μl 2 PCR Reaction Mix 0 μl 引物 (0 μmol/ L) μl 引物 2(0 μmol/l) μl 超纯水补足体系至 25 μl; PCR 条件,95 预变性 5 min 94 变性 30 s 63 退火 30 s 72 延伸 30 s,35 个循环, 最后 72 延伸 0 min. PCR 扩增产物用 2% 琼脂糖凝胶电泳,80 V 电压电泳 60 min. Rht8 基因检测,PCR 体系同 Rht-Db 检测. 94 预变性 5 min 94 变性 40 s 55 退火 30 s 72 延伸 40 s,35 个循环, 最后 72 延伸 0 min. PCR 产物用 8% 非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳, 银染观察. Chin J Appl Environ Biol 应用与环境生物学报

82 小麦矮秆基因 Rht-Bb Rht-Db Rht8 的检测及其对株高的影响期表 2 矮秆基因特异引物 Table 2 Specific primers for amplification of dwarfing genes 矮秆基因 Dwarfing gene Rht-Bb Rht-Ba Rht-Db Rht-Da Rht8 特异性引物 Specific primer

3 82 小麦矮秆基因 Rht-Bb Rht-Db Rht8 的检测及其对株高的影响期表 2 矮秆基因特异引物 Table 2 Specific primers for amplification of dwarfing genes 矮秆基因 Dwarfing gene Rht-Bb Rht-Ba Rht-Db Rht-Da Rht8 特异性引物 Specific primer 5'-GGTAGGGAGGCGAGAGGCGAG-3' 5'-CATCCCCATGGCCATCTCGAGCTA-3' 5'-GGTAGGGAGGCGAGAGGCGAG-3' 5'CATCCCCATGGCCATCTCGAGCTG-3' 5'-CGCGCAATTATTGGCCAGAGATAG-3' 5'-CCCCATGGCCATCTCGAGCTGCTA-3' 5'-GGCAAGCAAAAGCTTCGCG-3' BF MR BF WR DF MR2 DF2 WR2 5'-GGCCATCTCGAGCTGCAC - 3' Xgwm26 5'-CTCCCTGTACGCCTAAGGC-3' 5'-CTCGCGCTACTAGCCATTG-3'.2.2 矮秆基因效应检测对表所列 26 份材料进行株高测定 : 每份材料随机选取 20 株, 从主茎基部量至穗顶 ( 不包括芒 ) 测定后取平均值. 结合分子标记检测和株高测定结果, 选取其中株高较矮的材料作母本, 以地方高秆品种中国春宜宾白麦子为父本进行杂交 (20 年 4 月 );20 年月将亲本和 F 代种子同时播种于成都市双流县实验农场,202 年 5 月, 待小麦收获时, 测量亲本及 F 代植株株高, 通过计算每个杂交组合的中亲值 (cm) 致矮力 (%) 来估计所含矮秆基因的效应. 中亲值 MP = (P + P2)/2(P 为矮秆母本株高平均值,P2 为高秆父本株高平均值 ) [28]. 致矮力 = (P2 - F)/P2 00% [29]. 2 结果与分析 2. 供试小麦矮杆基因检测 2.. Rht-Bb 基因 Ellis 等人研究结果证明引物对 BF-MR 可以从携带 Rht-Bb( 突变型 ) 矮杆基因的材料中扩增出一条 237 bp 的 DNA 片段 ; 引物对 BF-WR 可以从携带 Rht-Ba( 野生型, 即不含 Rht-B b) 的材料中扩增出一条 256 bp 的 DNA 片段 ; 即同一材料的两对 PCR 产物可以互补验证 [8]. 本研究结果显示用 BF-MR 引物能在川育 925 矮川麦 30 小偃 54 这 3 个小麦品种 ( 系 ) 中扩增出 237 bp 片段, 而在 BF 与 WR 引物下未扩增出 245 bp PCR 产物 ( 图 a,b), 互补验证, 结果说明这 3 个材料携带 Rht-Bb 基因. 其它 23 个小麦材料不携带 Rht-Bb 基因 Rht-Db 基因 Ellis 等人研究结果证明引物对 DF-MR2 可以在携带 Rht-Db( 突变型 ) 矮杆基因的材料中扩增出一条 254 bp 的 DNA 片段 ; 引物对 DF2-WR2 可以在携带 Rht-Da( 野生型, 即不含 Rht-Db 基因 ) 扩增出一条 264 bp 的 DNA 片段. 即同一材料两对 PCR 产物可以互补验证 [8]. 本研究结果显示川育 925 矮百农矮抗 58 92(8)802 阆 9247 矮川育中植 3586 G2 G24 G D4 这 2 个小麦材料 ( 表 3) 用 DF-MR2 引物可以扩增出一条 254 bp 的条带, 用 DF2-WR2 引物未扩增出一条 264 bp 左右的片段 ( 图 c,d). 两者互补验证, 说明这 2 个材料携带 Rht-Db 基因, 其它 4 个小麦材料不携带 Rht-Db 基因 Rht8 基因利用 Korzun 报道的 Xgwm26 的引物 [9], 对供试材料进行 PCR 扩增. 在 26 个材料中出现了 3 类不同长度的扩增片段 ( 图 2), 表明这些品种 ( 系 ) 在 Xgwm26 位点上有 3 个等位变异, 片段大小分别大约为 74 bp 92 bp 和 20 bp. 其中, 川育 925 矮川育 2 川育 3 川育 7 G2 G 这 7 个材料 ( 表 3) 用引物 Xgwm26 扩增出的片段长度为 92 bp, 占全部材料的 26.9%; 川麦 30 G323 G29 和 G34- 中为 74 bp 片段 ;Xgwm26 位点扩增出 20 bp 片段的材料最多 (5 个 ), 占 57.7%. 虽然, 即使能扩增出 Xgwm26 92bp 片段的材料图小麦矮秆基因 Rht-Bb Rht-Bb 的检测. M:DNA MarkerⅠ;. 233;2. G24;3. 小偃 54;4. 川麦 30;5. 川育 925 矮 ;6. 川育 5;7. 川育 2;8. G323;9. 川育 7;0. 矮抗 58;. 宜宾白麦子 ;2. 中国春. Fig. Detection of wheat dwarfing genes Rht-Bb and Rht-Bb. M. DNA MarkerⅠ;. 233; 2. G24; 3. Xiaoyan54; 4. Chuanmai30; 5. CY925ai; 6. CY5; 7. CY2; 8. G323; 9. CY7; 0. Aikang58;. Yibingbaimaizi; 2. Chinese Spring. 应用与环境生物学报 Chin J Appl Environ Biol

20 卷林旭群等 83 图 2 小麦矮秆基因 Rht8 的检测. M. pbr 322DNA/MSpl;. 川农 2;2. 川麦 30;3. 川育 5;4. 川育 2;5. 川育 3;6. 川育 7;7. 35050;8. 50669;9. 69-776;0. 川雅 85-946;. 中植 3586;2. 92(8)802;3. 川农 7;4. 川农 2;5. G323;6. 宜宾白麦子 ;7.

4 20 卷林旭群等 83 图 2 小麦矮秆基因 Rht8 的检测. M. pbr 322DNA/MSpl;. 川农 2;2. 川麦 30;3. 川育 5;4. 川育 2;5. 川育 3;6. 川育 7; ; ; ;0. 川雅 ;. 中植 3586;2. 92(8)802;3. 川农 7;4. 川农 2;5. G323;6. 宜宾白麦子 ;7. G29;8. G2;9. G24. Fig. 2 Detection of wheat dwarfing gene Rht8. M. pbr 322DNA/MSpl;. Chuannong2; 2. Chuanmai30; 3. CY5; 4. CY2; 5. CY3; 6. CY7; ; ; ; 0. Chuanya85-946;. Zhongzhi3586; 2. 92(8)802; 3. Chuannong7; 4. Chuannong2; 5. G323; 6. Yibingbaimaizi; 7. G29; 8. G2; 9. G24. 图 3 矮秆基因的分布比例及其平均株高. a. 矮秆基因的分布比例 (P/%);b. 矮秆基因对应的平均株高 (h/cm). Fig. 3 Distribution ratio of dwarfing genes and their average height. a. Distribution ratio of dwarfing genes (P/%); b. Average height of corresponding plants (h/cm). 也有可能不具有降低株高的作用, 但结合系谱分析或辅助测量株高仍可甄别具有矮秆效应的 Rht8 基因存在与否. 本研究中 Xgwm26 位点扩增出 92 bp 片段的 7 个小麦品种 ( 系 ) 的株高变化范围为 cm, 平均为 cm. 因此, 我们认为该 7 个材料中存在具有矮秆效应的 Rht8 基因. 2.2 矮杆基因的分布比例及其对应的株高应用 Rht-Bb RhtDb 和 Rht8 这 3 个矮秆基因的分子标记, 检测 26 个小麦亲本材料结果见表 3. 其中,6 个小麦材料携带有至少一种矮秆基因, 占 6.5%; 其余 0 个小麦品系不携带矮秆基因. 其中携带 Rht-Db 基因的小麦材料有 7 个, 所占比例最大, 为 26.9%; 携带 Rht-Db+Rht8 两个矮秆基因的小麦材料为 4 个, 占 5.4%; 单独携带 Rht8 基因的小麦为川育 2 和川育 3, 占 7.7%( 图 3a); 携带 Rht-Bb Rht-Bb+Rht-Db+Rht8 矮秆基因的小麦材料分别为 2 个个, 它们是川麦 30 小偃 54 和川育 925 矮. 本研究未检测出携带 Rht-Bb+Rht8 Rht-Bb+ Rht-Db 矮秆基因的材料. 不同矮秆基因对应的平均株高如图 3b 所示, 携带 Rht- Bb+Rht-Db+Rht8 三个矮秆基因的小麦材料平均株高最矮, 为 57.90cm; 携带 Rht-Db Rht-Bb 和 Rht-Bb+Rht8 基因的小麦品系平均株高相似, 分别为 75.2 cm cm 和 cm; 单独携带 Rht8 基因的小麦材料株高较高, 为 cm; 不携带该 3 个矮秆基因的材料平均株高最高, 为 cm. 本研究中检测出的 0 个不携带 3 个矮秆基因 (Rht-Bb Rht-Db 和 Rht8) 的材料 ( 表 3) 中, 除两个地方品种中国春和宜宾白麦子的株高大于 0 cm 外 ( 平均为 8.68 cm), 其余 8 个品种 ( 系 ) 株高全部在 90 cm 以下 ( 变化范围 cm), 平均为 8.90 cm. 2.3 矮秆基因的致矮力为进一步了解矮秆基因的致矮力及其在不同遗传背景下的表现, 选取百农矮抗 58 川育 925 矮 92(8)802 阆 9247 矮 G2 川麦 D4 这 8 个株高较矮的小麦材料, 分别与高秆材料宜宾白麦子或中国春杂交, 测定 F 代株高. 川育 925 矮与中国春杂交 F 代平均株高为 cm( 表 4), 小于中亲值 cm, 川育 925 矮携带 Rht-Bb+Rht-Db+ Rht8, 计算得到其对中国春的致矮力为 37%. 233 川麦 30 与中国春杂交 F 代的平均株高相似, 均为 00 cm 左右, 且都大于中亲值. 它们分别携带 Rht-Db+Rht8 Rht-Bb 基因, 对中国春的致矮力分别为 6% 5%. 比较得出川育 925 矮对中国春的致矮力比 233 川麦 30 强. 川麦 30 与宜宾白麦子的杂交 F 代平均 cm, 株高远远小于中亲值 cm, 对宜宾白麦子的致矮力为 35%;D4 92(8)802 百农矮抗 58 三个小麦亲本对宜宾白麦子的致矮力相似, 分别为 28% 25% 24%; 川育 925 矮对宜宾白麦子的致矮力为 2%, 低于其对中国春的致矮力 ;233 阆 9247 矮 G2 对宜宾白麦子的致矮力相近, 分别为 8% 6% 和 0%. 综合不同矮杆基因的致矮力显示, 携带 Rht-Bb+Rht- Db+Rht8 三个矮杆基因的小麦 ( 川育 925 矮 ) 对宜宾白麦子和中国春的致矮力不同, 分别为 2% 37%; 含有 Rht-Bb 矮秆 Chin J Appl Environ Biol 应用与环境生物学报

5 84 小麦矮秆基因 Rht-Bb Rht-Db Rht8 的检测及其对株高的影响期基因材料 ( 川麦 30) 对中国春宜宾白麦子的致矮力分别为 5% 35%; 含有 Rht-Db 矮秆基因材料 (D4 92(8)802 百农矮抗 58 和阆 9247 矮 ) 的致矮力介于 6%-28%; 含有 Rht-Db+ Rht8 矮秆基因材料有 233 G2, 其中,233 对中国春和宜宾白麦子的致矮力分别为 6% 和 8%. 表 3 供试小麦所含矮秆基因 Table 3 Dwarfing genes of wheat tested 材料 Material 株高 Height (h/cm) Rht-Bb Rht-Db Rht8 川育 925 矮 CY925ai 百农矮抗 58 Bainongaikang (8) 川麦 30 Chuanmai 阆 9247 矮 Lang9247ai 川育 2 CY 川育 3 CY 川育 7 CY 中植 3586 Zhongzhi G G 小偃 54 Xiaoyan G D 川雅 Chuanya 川育 5 CY 川农 7 Chuannong 川农 2 Chuannong G G 中国春 Chinese Spring 宜宾白麦子 Yibinbaimaizi /- 表示含 / 不含该基因. +/- represents that the wheat has /does not have the corresponding gene. 3 讨论 3. Xgwm26 位点等位变异 SSR 标记 Xgwm26 被发现与矮秆基因 Rht8 紧密连锁后, 作为其分子标记被广泛应用. 但该位点检出存在大量等位变表 4 不同矮源对杂交 F 代植株株高的影响 Table 4 Effect of dwarf parents on the height of F plants 异, 其中, 最常见的 3 个扩增片段大小为 65 bp 74 bp 和 95 bp. 在不同的国家和地区, 除片段大小不同外, 其分布频率也有较大差别, 如 Xgwm26 92 在大多欧洲南部国家的小麦品种中检出率很高, 但在来自新西兰的品种中很少 ;Xgwm26 65 主要出现在 CIMMYT 品种及其衍生品种中, 而 Xgwm26 74 则在美国和加拿大的品种中占很大比率 [4, 20]. Worland 等 (200) 报道来自于中国的 47 个品种中 60% 为 Xgwm % 为 Xgwm26 65, 其余还有少量品种中扩增出 94 bp 96 bp 97 bp 20 bp 202 bp 203 bp 204 bp 205 bp 片段, 但未检测出 74 bp 片段的等位变异 [20]. 唐娜等 (202) 对 29 个品种 ( 系 ) 利用 Xgwm26 扩增出 4 个等位变异, 分别为 65 bp 74 bp 92 bp 和 20 bp [25]. 本研究在 Xgwm26 位点扩增出了 3 个等位变异, 分别为 74 bp 92 bp 和 20 bp, 其所占比例分别为 5.3% 26.9% 和 57.7%. 该结果与前人研究结果略有差异, 主要可能是因为参与实验的材料不同导致. 此外, 有研究表明 Xgwm26 位点的不同等位变异对应的株高也有差异, 与 74 bp 片段比较, 含有 92 bp 扩增片段小麦的株高约矮 8 cm, 而含 65 bp 片段小麦的株高则要高 3 cm 左右 ( 即比 92 bp 小麦高约 cm) [20]. 本研究结果显示 Xgwm26 位点 20 bp 片段占很大比率, 该等位变异对应的小麦株高为 77.5 cm, 而目前该位点对应的小麦株高尚未见报道, 有必要进一步研究. 3.2 矮秆基因的分布效应及其遗传周阳等对来自西南冬麦区的 4 个品种进行了调查, 其中 8 个品种含有 Rht8 [23]. 杨松杰等研究发现 Rht-Bb Rht-Db 在西南冬麦区中的分布比例分别为 8.3% 38.9% [24] ;Zhang 等 (2006) 利用 220 个品种研究中国主要麦区 Rht-Bb Rht-Db 和 Rht8 的分布情况, 结果表明在西南冬麦区 (Zone Ⅳ)Rht8 所占比例最高, 为 48.5%, 其次为 Rht-Db(39.4%),Rht8 则很少 (9.%) [6]. 唐娜等 (202) 也发现 Rht8 在西南冬麦区中的分布频率最高 (62.5%), 而 Rht-Bb 较低 (2.5%) [25]. 此外, Zhang 等 (2006) 发现参与实验的 220 份材料中 Rht-Db+Rht8 的材料为 40 个,Rht-Bb+Rht8 为 28 个,Rht-Bb+Rht-Db 为 2 个, 而 Rht-Bb+Rht-Db+Rht8 则更少, 仅个 [6]. 杨松杰等在 239 份材料中仅发现 4 个同时含有 Rht-Bb 和 Rht-Db [24]. 唐娜等 (202) 的研究表明 Rht-Bb+Rht8 Rht-Db+Rht8 在西南株高 Height (h/cm) 杂交组合株数致矮力 Heightreduction percentage 矮亲 (P) 高亲 (P2) 中亲值 (MP) Cross Number F Dwarf Parent Tall Parent Mean of Parents 川育 925 矮 /CS CY925ai/CS % 233/CS % 川麦 30/CS Chuanmai30/CS % 川麦 30/ YB Chuanmai30/YB % D4/YB % 92(8)802/YB % 百农矮抗 58/ YB Bainongaikang58/YB % 川育 925 矮 / YB CY925ai/YB % 233/YB % 阆 9247 矮 / YB Lang9247ai/YB % G2/YB % CS 为中国春 ; YB 代表宜宾白麦子. CS refers to Chinese Spring; YB refers to Yibinbaimaizi. 应用与环境生物学报 Chin J Appl Environ Biol

6 20 卷林旭群等 85 冬麦区中的分布频率相同 (2.5%), 但未检测出含 Rht-Bb+ Rht-Db Rht-Bb+Rht-Db+Rht8 的材料 [25]. 综上, 前人研究结果较为一致地认为 Rht8 Rht-Db 在西南冬麦区的分布频率较高, 而 Rht-Bb 则较低 ; 两个矮秆基因组合的情况中 Rht-Db+Rht8 Rht-Bb+Rht8 多, 而 Rht-Bb+ Rht-Db 较少, 而同时含 3 个矮秆基因的材料 (Rht-Bb+Rht- Db+Rht8) 则很少见. 本研究关于矮秆基因分布的研究结果 ( 材料主要来自西南麦区 ) 如下 :Rht-Db 最多, 占 26.9%; 其次为 Rht-Db+Rht8, 占 5.4%; 再其次是 Rht-Bb 和 Rht8; 最少的为 Rht-Bb+Rht-Db+Rht8; 未检测到含 Rht-Bb+Rht8 Rht-Bb+Rht-Db 的材料. 该结果与前人结果总体一致, 但略有不同, 主要表现为仅含有 Rht8 基因材料的分布频率偏少, 这可能是由于本研究选取的材料较矮, 而单独的 Rht8 基因降低株高的效应相对较弱, 因而选取的概率偏小. 因此, 虽然前人关于矮秆基因 Rht-Bb Rht-Db 和 Rht8 在不同国家地区小麦品种中的分布做了大量研究 [6, 7, 2, 23-25], 但结果却不尽相同. 这一方面虽然反映矮秆基因对不同地理环境气候的长期适应性, 但选材的广泛性和代表性的影响也很大. Richards 等 (992) 利用近等基因系研究发现 Rht-Bb 或 Rht-Db 可降低株高约 23%,Rht-Bb+Rht-Db 则可达到约 47% [26]. Flintham 等 (997) 同样是利用近等基因系研究了 Rht-Bb Rht-Db 和 Rht-Bb+Rht-Db 降低株高的效应 [3]. 唐娜等 (2009) 研究表明与对照 ( 不含有 Rht-Bb Rht-Db 和 Rht8 任一矮秆基因的 25 个品种的平均株高 ) 相比, 矮秆基因 Rht-Bb(23 个品种 ) Rht-Db(8 个品种 ) Rht-Bb+Rht8 (22 个品种 ) Rht-Db+Rht8(35 个品种 ) Rht8(6 个品种 ) 降低株高的效应分别为 24.6% 30.4% 28.2% 32.2% 4.3% [3]. 本研究结果表明, 若仅以中国春和宜宾白麦子的平均高度 (8.68 cm) 为标准, 则 Rht-Bb Rht-Db Rht8 Rht-Db +Rht8 和 Rht-Bb+Rht-Db+Rht8 降低株高的效应分别为 35.73% 36.70% 26.37% 30.20% 5.20%. 若以本研究中不携带 3 个矮秆基因 (Rht-Bb Rht-Db 和 Rht8) 中任一个的 0 个材料的平均株高 (89.25 cm) 为标准, 则 Rht-Bb Rht-Db Rht8 Rht-Db+Rht8 和 Rht-Bb+Rht-Db+Rht8 降低株高的效应分别为 4.54% 5.83% 2.0% 9.85% 35.0%. 然而, 株高较矮的品种虽不含 Rht-Bb Rht-Db 和 Rht8 任一矮秆基因, 但却不排除可能还含有其它矮秆基因. 如 NC223 绵阳 5 的株高仅分别为 76.8 cm 74.7 cm, 但它们也不含有 Rht-Bb Rht-Db 和 Rht8 任一矮秆基因 [3] ; 本研究中,50669(65.38cm) 和川农 7(74.8cm) 也可能含有其它矮秆基因. 因此, 利用该方法鉴定各矮秆基因降低株高的效应存在一定的弊端, 可能不如利用近等基因系作材料的方法精准有效. 关于矮秆基因的致矮力研究, 研究结果表明, 同一母本与不同父本, 或同一父本与不同的母本, 杂交后 F 株高可能存在较大差异. 如川育 925 矮对宜宾白麦子和中国春的致矮力不同, 分别为 2% 37%; 川麦 30 对中国春宜宾白麦子的致矮力分别为 5% 35%. 8 个不同母本 ( 川麦 30 D4 92(8)802 百农矮抗 58 川育 925 矮 233 阆 9247 矮和 G2) 与宜宾白麦子 ( 父本 ) 杂交组合的致矮力变化较大, 介于 0%-35%. 因此, 各矮秆基因传递给杂交后代的能力与父母本均有关系, 即不同遗传背景下表达情况不一样. 因此, 在育种工作中需要广泛开展杂交工作再进行鉴定. 3.3 川育 925 矮的育种价值同时携带 Rht-Bb+Rht-Db+Rht8 三个矮杆基因的小麦材料很少, 中国见报道的仅有来自河南的周麦 [6]. 本研究中的高代稳定品系川育 925 矮也同时含该 3 个矮秆基因, 其株高 (57.92 cm) 为所有材料中最矮之一, 平均致矮力为 29.4%. 研究表明, 小麦植株并不是越矮越好, 株高为 cm 的半矮秆最理想. 川育 925 矮与中国春杂交后 F 植株株高为 76.4 cm, 较为理想 ; 其与宜宾白麦子杂交 F 的株高为 90.8 cm, 可再用川育 925 矮作为轮回亲本作一到两次回交, 即可使植株达到理想高度. 此外, 川育 925 矮还具有高抗条锈病千粒重大多花多实分蘖性好等特性, 因此, 可以作为小麦矮化半矮化育种的主要亲本之一在育种中广泛应用. 参考文献 [References] Fischer RA, Quail KJ. The effect of major dwarfing genes on yield potential in spring wheats [J]. Euphytica, 990, 46: Flintham JE, Angus WJ, Gale M. Heterosis, overdominance for grain yield, and alpha-amylase activity in F hybrids between near-isogenic Rht dwarf and tall wheats [J]. T J Agric Sci, 997a, 29: Flintham JE, Börner A, Worland AJ, Gale MD. Optimizing wheat grain yield: effects of Rht (gibberellin-insensitive) dwarfing genes [J]. J Agric Sci, 997b, 28: Miralles DJ, Slafer GA. Yield, biomass and yield components in dwarf, semi-dwarf and tall isogenic lines of spring wheat under recommended and late sowing dates [J]. Plant Breed, 995, 4: Börner A, Plaschke J, Korzun V, Worland AJ. The relationships between the dwarfing genes of wheat and rye [J]. Euphytica, 996, 89: Zhang X, Yang S, Zhou Y, He Z, Xia X. Distribution of the Rht-Bb, Rht-Db and Rht8 reduced height genes in autumn-sown Chinese wheats detected by molecular markers [J]. Euphytica, 2006, 52: 徐相波, 张爱民, 李新华, 孙永堂. 小麦矮源的利用和矮秆基因的研究进展 [J]. 核农学报, 20, 5 (3): [Xu XB, Zhang AM, Li XH, Xun YT. Utilization of dwarfing resources and development of dwarfing genes study in wheat [J]. Acta Agric Nucl Sin, 200, 5 (3): 88-92] 8 Ellis MH, Spielmeyer W, Gale KR, Rebetzke GJ, Richards RA. Perfect markers for the Rht-Bb and Rht-Db dwarfing genes in wheat [J]. Theor Appl Genet, 2002, 05: Korzun V, Röder MS, Ganal MW, Worland AJ, Law CN. Genetic analysis of the dwarfing gene (Rht8) in wheat. Part I. Molecular mapping of Rht8 on the short arm of chromosome 2D of bread wheat (Triticum aestivum L.) [J]. Theor Appl Genet, 998, 96: Ellis MH, Rebetzke GJ, Chandler P, Bonnett D, Spielmeyer W, Richards RA. The effect of different height reducing genes on the early growth of wheat [J]. Funct Plant Biol, 2004, 3: Gale MD, Law CN, Marshall GA, Worland AJ. The genetic control of gibberellic acid insensitivity and coleoptile length in a dwarf wheat [J]. Heredity, 975, 34 (3): Gale MD, Marshall GA. The nature and genetic control of gibberellin insensitivity in dwarf wheat grain [J]. Heredity, 975, 35 (): Chin J Appl Environ Biol 应用与环境生物学报

7 86 小麦矮秆基因 Rht-Bb Rht-Db Rht8 的检测及其对株高的影响期 3 唐娜, 姜莹, 何蓓如, 胡银岗. 赤霉素敏感性不同矮秆基因对小麦胚芽鞘长度和株高的效应 [J]. 中国农业科学, 2009, 42 (): [Tang N, Jiang Y, He BR, Hu YG. Effects of dwarfing genes of Rht-Bb, Rht-Db and Rht8 with different response to GA 3 on coleoptile length and plant height of wheat [J]. Sci Agric Sin, 2009, 42 (): ] 4 Ahmad M, Sorrells ME. Distribution of microsatellite alleles linked to Rht8 dwarfing gene in wheat [J]. Euphytica, 2002, 23: Chebotar Sv, Korzun Vn, Sivolap YM. Allele distribution at locus WMS26 marking the dwarfing gene Rht8 in common wheat cultivars of southern ukraine [J]. Russ J Genet, 200, 37: Ellis MH, Bonnett DG, Rebetzke GJ. A 92bp allele at the Xgwm26 locus is not always associated with the Rht8 dwarfing gene in wheat (Triticum aestivum L.) [J]. Euphytica, 2007, 57: Knopf C, Becker H, Ebmeyer E, Korzun V. Occurrence of three dwarfing Rht genes in German winter wheat varieties [J]. Cereal Res Commun, 2008, 36 (4): Liu Y, Liu D, Zhang H, Wang J, Sun J, Guo X, Zhang A. Allelic variation, sequence determination and microsatellite screening at the XGWM26 locus in Chinese hexaploid wheat (Triticum aestivum) varieties [J]. Euphytica, 2005, 45: Worland A, Korzun V, Röder M, Ganal M, Law C. Genetic analysis of the dwarfing gene Rht8 in wheat. Part II. The distribution and adaptive significance of allelic variants at the Rht8 locus of wheat as revealed by microsatellite screening [J]. Theor Appl Genet, 998, 96: Worland A, Sayers E, Korzun V. Allelic variation at the dwarfing gene Rht8 locus and its significance in international breeding programmes [J]. Euphytica, 200, 9: Yediay F, Andeden E, Baloch F, Börner A, Kilian B, Özkan H. The allelic state at the major semi-dwarfing genes in a panel of Turkish bread wheat cultivars and landraces [J]. Plant Genet Resour-Charac, 20, 9 (3): 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 [J]. 中国农业科学, 992, 25 (): -5 [Jia JZ, Ding SK, Li YH, Zhang H. Studies of main dwarf genes and dwarf resources on Chinese wheat [J]. Sci Agric Sin, 992, 25 (): -5] 23 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 [J]. 作物学报, 2003, 29 (6): [Zhou Y, He ZH, Zhang GS, Xia LQ, Chen XM, Zhang LP, Chen F. Rht8 dwarf gene distribution in Chinese wheats identified by microsatellite marker [J]. Acta Agron Sin, 2003, 29 (6): 80-84] 24 杨松杰, 张晓科, 何中虎, 夏先春, 周阳. 用 STS 标记检测矮秆基因 Rht-Bb 和 Rht-Db 在中国小麦中的分布 [J]. 中国农业科学, 2006, 39 (8): [Yang SJ, Zhang XK, He ZH, Xia XC, Zhou Y. Distribution of dwarfing genes Rht-Bb and Rht-Db in Chinese Bread Wheats detected by STS Marker [J]. Sci Agric Sin, 2006, 39 (8): ] 25 唐娜, 李博, 闵红, 胡银岗. 分子标记检测矮秆基因 Rht-Bb Rht-Db 和 Rht8 在我国小麦中的分布 [J]. 中国农业大学学报, 202, 7 (4): 2-26 [Tang N, Li B, Min H, Hu YG. Distribution of dwarfing genes Rht- Bb, Rht-Db and Rht8 in Chinese bread wheat cultivars detected by molecular markers [J]. J China Agric Univ, 202, 7 (4): 2-26] 26 Richards R. The effect of dwarfing genes in spring wheat in dry environments. I. Agronomic characteristics [J]. Aust J Agr Res, 992, 43 (3): 田再民, 龚学臣, 张利增. 小麦 DNA 提取方法的比较 [J]. 湖北农业科学, 2009, 48 (7): [Tian ZM, Gong XC, Zhang LZ. Comparison of several kinds of wheat DNA extraction methods [J]. Hubei Agric Sci, 2009, 48 (7): ] 28 韩静然, 王长有, 赵宁娟, 吉万全, 赵毓, 刘雪利. 冬小麦新种质 N0238D 矮秆性状的遗传分析 [J]. 西北农业学报, 200, 9 (6): [Han JR, Wang CY, Zhao NJ, Ji WQ, Zhao Y, Liu XL. Genetic analysis of dwarf trait in new winter wheat germplasm N0238D [J]. SW China J Agric Sci, 200, 9 (6): 60-63] 29 阮仁武, 傅大雄. 20 个小麦矮源的致矮力及聚类分析 [J]. 西北农业大学学报, 2005, 27 (): [Ruan RW, Fu DX. Dwarfing abillity of 20 dwarfing source genotypes of wheat and their clustering analysis [J]. J SW Agric Univ, 2005, 27 (): 20-24] 应用与环境生物学报 Chin J Appl Environ Biol

AFLP % 1. 1 DNA 5 RAPD DNA 0. 1g % ~ ph 6 10 DNA 9 40μl TE SSR STS 20ng /L

AFLP % 1. 1 DNA 5 RAPD DNA 0. 1g % ~ ph 6 10 DNA 9 40μl TE SSR STS 20ng /L 2012 13 2 201-206 Journal of Plant Genetic Resources / 071001 41 SSR 21 SSR 41 52 2 ~ 4 2. 5 Shannon 0. 21 ~ 1. 40 0. 73 5. 54 3 7 9 13. 16% ~ 186. 49% 5. 48 6 11 SSR Genetic Diversity of Peanut Arachis