CN103290002B - 小麦分蘖QTL QMtn.sicau-2B.1的分子标记及应用 - Google Patents
小麦分蘖QTL QMtn.sicau-2B.1的分子标记及应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了小麦品种川农16在2B染色体上一个新的分蘖主效QTL QMtn.sicau-2B.1；同时公开了与该分蘖主效QTL紧密连锁的分子标记gpw4487，该分子标记与上述分蘖主效QTL的遗传距离仅1.9cM。分析表明，该分子标记能准确跟踪上述分蘖主效QTL，预测小麦的分蘖特性，进而方便进行分子育种设计。同时利用分子标记进行实验室检测可以避免环境对表型的影响。本发明的主效QTL及其紧密连锁的分子标记，不仅提供小麦株型育种的候选基因，而且利用分子标记辅助选择，可以加强分蘖预测的准确性，提高株型育种的效率，加速实现增加小麦单产的目标。
Description
技术领域
本发明涉及小麦分子育种领域，具体涉及一种小麦分蘖主效基因QTL（quantitative trait locus，数量性状位点）QMtn.sicau-2B.1的分子标记及其应用。
背景技术
小麦是我国仅次于水稻的第二大粮食作物，常年种植面积在2666.67万公顷以上，约占粮食作物面积的27%；总产量为1亿吨以上，约占粮食作物产量的22%。
小麦产量由三要素构成，即产量=穗数*穗粒数*粒重。分蘖是影响小麦穗数多少并进而影响单产的重要农艺性状之一，又是单子叶植物一种特殊的分枝现象，具有重要的研究价值。
小麦分蘖遗传研究总体进展相对缓慢，现阶段国内外工作主要围绕分蘖基因QTL的分子标记定位及其遗传效应开展。部分分蘖突变体由单基因控制，因而一些学者将其作为质量性状来研究（Richards RA.A tiller inhibition gene in wheat and its affect on plant growth.Austr J Agric Res.1988,39:749-757;Duggan BL,Richards RA,Tsuyuzaki H.Environmental effects on the expression of the tiller inhibition(tin)gene in wheat.Funct Plant Biol,2002,29:45–53）。同时，也有很多学者将分蘖作为多基因控制的数量性状来研究（Shaha MM,Gilla KS,Baenziger PS,Yen Y,Kaepplerc SM,Ariyarathne HM.Molecular mapping of loci for agronomic traits on chromosome3A of bread wheat.Crop Sci.1999,39:1728-1732;谢玥，龙海，侯永翠，郑有良.小麦寡分蘖材料H461分蘖性状的遗传分析.麦类作物学报.2006,26:21-23;王岩.小麦永久F2群体构建及株高和分蘖特性的QTL定位.山东农业大学硕士学 位论文,2009;温明星.望水白多分蘖、矮秆突变体的鉴定及相关QTL定位.南京农业大学硕士学位论文,2010;Jinpeng Zhang,Jun Wu,Weihua Liu,Xiang Lu,Xinming Yang,Ainong Gao,Xiuquan Li,Yuqing Lu,Lihui Li.Genetic mapping of a fertile tiller inhibition gene,ftin,in wheat.Mol Breeding.2013,31:441-449）。迄今为止，已报道的分蘖相关主效基因QTL位于1A，2A，3A，6A染色体，微效基因位于5A，3B，7B，1D、5D染色体，其中仅1A和3A上的tin基因研究较深入，完成了精细定位工作。
小麦品种川农16（国审品种）相对于小麦种质H461具有多分蘖的特点（侯永翠，郑有良，蒲至恩，魏育明，李伟.穗数型小麦新品种川农16与大穗型分蘖品系H461遗传差异研究初报.四川农业大学学报.2003,21:94-9）。这为我们构建遗传作图群体，研究小麦的分蘖遗传特性奠定了材料基础。定位控制分蘖的QTL，寻找紧密连锁的分子标记，将为小麦特异分蘖材料的创制及株型育种提供新基因资源，同时利用分子标记辅助选择，将增强分蘖预测的准确性，提高株型育种效率，加速实现增加小麦单产的目标。
分子标记辅助选择，不依赖于表现型选择，即不受环境条件、基因间互作、基因型与环境互作等多种因素的影响，而是直接对基因型进行选择，因而能大大提高育种效率。简单重复序列（simple sequence repeats，简称SSR）是一类广泛存在于基因组上的由几个核苷酸重复单位组成的串联重复序列。由于其在基因组上大量的分布，多态性高，且操作技术简单、费用低廉，在分子标记辅助育种中已被广泛应用。因此，筛选出与分蘖主效基因QTL紧密连锁的分子标记，利用分子标记对小麦分蘖主效基因QTL进行选择，有效调控小麦分蘖发生，塑造合理的分蘖发生群体，对提高小麦群体质量和产量具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种小麦分蘖QTL QMtn.sicau-2B.1。
本发明的另一目的是提供该QTL的紧密连锁分子标记。
本发明的第三目的是提供检测上述分子标记的引物对。
本发明的第四目的是提供上述分蘖QTL QMtn.sicau-2B.1紧密连锁的分子标记的应用。
本发明的目的可通过如下技术方案实现：
本发明的新分蘖主效QTL QMtn.sicau-2B.1来自小麦品种川农16，该QTL位于小麦2B染色体长臂88.2cM-119.1cM的区段内（如图1所示），显著降低小麦分蘖，LOD值大于3.0，解释约34%的表型变异。
本发明用于鉴定小麦品种川农16分蘖主效QTL QMtn.sicau-2B.1的分子标记的引物对的上游引物序列如SEQ ID No.1所示，下游引物序列如SEQ ID No.2所示。
所述分子标记，是以小麦品种川农16的基因组DNA为底物进行的PCR扩增所得的扩增片段，且与QMtn.sicau-2B.1之间的遗传距离为1.9cM。
本发明提供一种鉴定分蘖主效QTL QMtn.sicau-2B.1的分子标记方法，包括：以待鉴定植株的DNA作为模板，用上述的分子标记的引物对进行PCR扩增；PCR产物进行非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分离，再用银染法检测；能扩增出与川农16相同片段的植株为含有分蘖主效QTL QMtn.sicau-2B.1的植株。
本发明提供一种鉴定分蘖主效QTL QMtn.sicau-2B.1的分子标记方法，优选包括如下步骤：
1）以待鉴定材料的DNA作为模板，用上述的分子标记的引物对进行PCR扩增：a）PCR扩增反应体系：5μl10×PCR buffer、1.5U Ex Taq TM DNA聚合酶、2mmol/L MgCl2、0.2mmol/L dNTP、上下游引物各150ng、100ng模板DNA、双蒸水加至总量为50μl；b）PCR 程序：94℃预变性5min；94℃变性30s、60℃退火45s、72℃延伸30s，共35个循环；72℃延伸5min；c）PCR产物检测：PCR产物用6%变性聚丙烯酰胺凝胶（Acr:Bis=19:1）电泳分离，电极缓冲液为1×TBE，恒定功率80W，电压2000伏；凝胶最后用硝酸银染色检测。
2）鉴定QMtn.sicau-2B.1的结果：能扩增出与川农16相同片段的植株为含有分蘖主效QTL QMtn.sicau-2B.1的植株。
本发明提供了一种所述的QTL在小麦特异分蘖材料创制中的应用。
本发明提供一种所述的分子标记的引物对在小麦特异分蘖材料创制中的应用。
本发明提供一种所述的QTL在小麦株型育种中的应用。
本发明提供一种所述的分子标记的引物对在分子标记辅助小麦株型育种中的应用。
本发明的小麦品种川农16分蘖QTL及其分子标记是通过以下方法获得的：
1）利用小麦寡分蘖种质H461为母本，以穗数型小麦川农16为父本杂交，得到杂种F1，F1代单株自交获得F2，在F2随机选取180个单株构成F2遗传作图群体。
2）F2群体分蘖表型鉴定
小麦成熟期田间鉴定F2群体植株的分蘖数。
3）SSR分析
a）DNA提取：用CTAB法提取亲本H461、川农16和F2群体植株DNA。
b）亲本之间多态性分子标记的筛选：选取GrainGenes（http://wheat.pw.usda.gov/cgi-bin/graingenes）上公布的覆盖六倍体小麦A、B、D基因组的615对SSR引物，以亲本H461和川农16的DNA为模板，进行PCR扩增，共获得168对多态性SSR分子标记；
c）F2群体的SSR分析：以上述步骤获得的168对多态性标记为引物，利用每对引物同时扩增亲本H461、川农16和F2群体植株的DNA，进行基因型鉴定，获得分子标记数据。亲本H461的带型记为A，亲本川农16的带型记为B。F2群体株系带型来源于H461的记为A，来源于川农16的记为B。
d）连锁图谱的构建：根据168对引物的分子标记数据，利用作图软件JoinMap4.0构建遗传图谱。以LOD值3到10依次构建连锁群，寻找最优的标记数和标记顺序，确定后续使用的连锁群。利用软件MapQTL6.0的区间作图模型（Interval Mapping）和多QTL作图模型（Multiple QTL Model），并结合F2群体分蘖表型数据定位分蘖QTL，计算分蘖QTL的位置和分子标记之间的遗传距离，发现小麦品种川农16染色体2BL上显著存在一个主效分蘖QTL QMtn.sicau-2B.1，解释表型变异约34%，其紧密连锁的分子标记为gpw4487，遗传距离为1.9cM。
有益效果：
本发明首次公开了来自小麦品种川农16的分蘖主效QTL QMtn.sicau-2B.1，位于小麦2B染色体长臂88.2cM-119.1cM的区段内（如图1所示），显著降低了小麦分蘖，LOD值大于3.0；贡献率大，可解释约34%的表型变异。该QTL QMtn.sicau-2B.1在小麦株型（调控分蘖）育种中具有较高利用价值。
本发明首次公开了小麦品种川农16新分蘖主效QTL QMtn.sicau-2B.1的分子标记gpw4487为共显性标记，用于鉴定植株中是否含有QTL QMtn.sicau-2B.1，检测方便、扩增稳定、简便易行。
本发明公开的分子标记gpw4487的扩增产物与QMtn.sicau-2B.1之间的遗传距离仅为1.9cM，连锁很紧密，利用分子标记辅助选择QMtn.sicau-2B.1的准确性高，提高适应不同环境的小麦特定分蘖品种的选择鉴定效率，节约成本。
附图说明
图1小麦品种川农16分蘖主效QTL QMtn.sicau-2B.1在2B染色体上的位置及与分子标记gpw4487之间的连锁遗传图谱。
图2小麦寡分蘖材料LT1*川农16的F2植株分子标记gpw4487检测的电泳图谱；其中1和2分别为川农16和LT1，5、8、10、12、14、17、19为多分蘖基因型植株，3、4、6、7、11、13、16、18为寡分蘖基因型植株，9、15、20为杂合基因型植株。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明做进一步的说明，但是不对本发明保护范围构成任何限制。下面实施例中所用的方法，如无特殊说明，均为本领域技术人员熟悉的常规方法。
实施例1：小麦分蘖新主效QTL QMtn.sicau-2B.1及其分子标记的获得
本发明的小麦品种川农16分蘖QTL及其分子标记是通过以下方法获得的：
1）利用小麦寡分蘖种质H461为母本，以穗数型小麦川农16为父本杂交，得到杂种F1，F1代单株自交获得F2，在F2随机选取180个单株构成F2遗传作图群体。
2）F2群体分蘖表型鉴定
小麦成熟期田间鉴定F2群体植株的分蘖数。
3）SSR分析
a）DNA提取：用CTAB法提取亲本H461、川农16和F2群体植株DNA。
b）亲本之间多态性分子标记的筛选：选取GrainGenes（http://wheat.pw.usda.gov/cgi-bin/graingenes）上公布的覆盖六倍体小麦A、B、D基因组的615对SSR引物，以亲本H461和川农16的 DNA为模板，进行PCR扩增，共获得168对多态性SSR分子标记；
c）F2群体的SSR分析：以上述步骤获得的168对多态性标记为引物，利用每对引物同时扩增亲本H461、川农16和F2群体植株的DNA，进行基因型鉴定，获得分子标记数据。亲本H461的带型记为A，亲本川农16的带型记为B。F2群体株系带型来源于H461的记为A，来源于川农16的记为B。
d）连锁图谱的构建：根据168对引物的分子标记数据，利用作图软件JoinMap4.0构建遗传图谱。以LOD值3到10依次构建连锁群，寻找最优的标记数和标记顺序，确定后续使用的连锁群。利用软件MapQTL6.0的区间作图模型（Interval Mapping）和多QTL作图模型（Multiple QTL Model），并结合F2群体分蘖表型数据定位分蘖QTL，计算分蘖QTL的位置和分子标记之间的遗传距离。
结果发现小麦品种川农16染色体2BL上显著存在一个主效分蘖QTL QMtn.sicau-2B.1，解释表型变异约34%，其紧密连锁的分子标记为gpw4487，遗传距离为1.9cM。
实施例2：本发明的分子标记gpw4487在选择分蘖主效QTL QMtn.sicau-2B.1上的应用试验
1）利用小麦寡分蘖材料LT1为母本，以小麦品种川农16为父本杂交，得到杂种F1，F1代单株自交获得F2，在F2随机选取18个单株。
2）对所获得的18个F2单株进行gpw4487标记检测，具体方法为：在苗期提取18个F2单株的基因组DNA；以基因组DNA为底物，以分子标记gpw4487的引物对为引物进行PCR扩增，所述引物为：
上游引物gpw4487F：5'–TACATACATTGAAGATTACACA–3'（SEQ ID No.1），
下游引物gpw4487R：5'–CCGGTGAAGTCTAGAGAA–3'（SEQ ID No.2）。
PCR扩增反应体系：5μl10×PCR buffer、1.5U Ex Taq TM DNA聚合酶、2mmol/L MgCl2、0.2mmol/L dNTP、上下游引物各150ng、100ng模板DNA、双蒸水加至总量为50μl；b）PCR程序：94℃预变性5min；94℃变性30s、60℃退火45s、72℃延伸30s，共35个循环；72℃延伸5min；将所得到的PCR产物用6%变性聚丙烯酰胺凝胶（Acr:Bis=19:1）电泳分离，电极缓冲液为1×TBE，恒定功率80W，电压2000伏；凝胶最后用硝酸银染色检测。电泳结果（见图2）发现其中7个植株具有川农16的gpw4487等位位点，扩增出约170bp的条带，预测这7个植株在成熟后分蘖数较多；而8个植株具有LT1的gpw4487等位位点，扩增出约180bp的条带，预测这8个植株在成熟后分蘖数较少。
3）小麦成熟期田间鉴定9个F2植株的分蘖数，结果（见表1）具有川农16的gpw4487等位位点的植株分蘖数（12-16个）显著高于具有LT1的gpw4487等位位点的植株分蘖数（1-3个）；实际结果与预期结果一致，说明本发明的分蘖主效QTL QMtn.sicau-2B.1确实有显著提高分蘖数的作用；同时本发明的分子标记gpw4487可以用于选择分蘖主效QTL QMtn.sicau-2B.1。
表1用小麦品种川农16分蘖主效QTL QMtn.sicau-2B.1的分子标记gpw4487预测衍生后代的分蘖能力对比结果表
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种小麦分蘖主效QTL QMtn.sicau-2B.1的分子标记gpw4487，其特征在于该分子标记的上游引物序列如SEQ ID No.1所示，下游引物序列如SEQ ID No.2所示。
2.根据权利要求1所述的分子标记，其特征在于所述分子标记是小麦品种川农16的基因组DNA为底物进行PCR扩增所得的扩增片段，且与QMtn.sicau-2B.1之间的遗传距离为1.9cM。
3.根据权利要求1或2所述的分子标记，其特征在于该QTL位于小麦2B染色体长臂，距离长臂端粒1.9cM的区段内，显著降低小麦分蘖，LOD值大于3.0。
4.权利要求1所述的分子标记gpw4487的引物对，其特征在于上游引物序列如SEQ ID No.1所示，下游引物序列如SEQ ID No.2所示。
5.一种鉴定分蘖主效QTL QMtn.sicau-2B.1的分子标记方法，其特征在于包括：以待鉴定材料的DNA作为模板，用权利要求4所述的分子标记的引物对进行PCR扩增；PCR产物进行非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳分离，再用银染法检测；能扩增出与川农16相同片段的植株为含有分蘖主效QTL QMtn.sicau-2B.1的植株。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于包括如下步骤：
1)以待鉴定植株的DNA作为模板，用权利要求4所述的分子标记的引物对进行PCR扩增：a)PCR扩增反应体系：5μl10×PCRbuffer、1.5U Ex Taq TM DNA聚合酶、2mmol/L MgCl2、0.2mmol/LdNTP、上下游引物各150ng、100ng模板DNA、双蒸水加至总量为50μl；b)PCR程序：94℃预变性5min；94℃变性30s、60℃退火45s、72℃延伸30s，共35个循环；72℃延伸5min；c)PCR产物检测：PCR产物用6％变性聚丙烯酰胺凝胶(Acr:Bis＝19:1)电泳分离，电极缓冲液为1×TBE，恒定功率80W，电压2000伏；凝胶最后用硝酸银染色检测；
2)鉴定QMtn.sicau-2B.1的结果：能扩增出与川农16相同片段的植株为含有分蘖主效QTL QMtn.sicau-2B.1的植株。
7.权利要求1-3任一项所述的分子标记在小麦株型育种中的应用。
8.权利要求4所述的引物对在分子标记辅助小麦株型育种中的应用。
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