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小麦Puroindolineb-2基因变异与产量相关性状的分析河南农业大学农学院/河南省粮食作物协同创新中心,河南郑州450002陈锋李向楠曹莹莹孙建喜张福彦董中东崔党群摘要:Puroindolineb-2(Pinb-2)是近期发现的一组与Puoindolineb基因具有高度相似性的基因。先前研究已经表明,Pinb-2基因在普通小麦B基因组中存在有多种变异类型,软质麦中不同变异类型间籽粒硬度存在着显著差异。本研究在此基础上进一步分析了普通小麦B基因组中的Pinb-2基因等位变异与产量相关性状以及旗叶大小的关系,并利用重组近交系群体进行了染色体定位。结果表明,4种不同变异类型的材料中,拥有Pinb-2v3b类型的小麦品种千粒重、籽粒直径、穗粒数、穗粒重和单株粒重均为最高,表明拥有Pinb-2v3b类型的小麦品种产量相关性状可能优于其它3种类型。另外,拥有Pinb-2v3a类型的小麦品种旗叶宽度、旗叶长度和旗叶面积均高于其它3种类型。采用SSR标记定位结果表明,Pinb-2v2和Pinb-2v3互为一对等位基因,位于7B染色体的长臂上,与标记Barc315连锁。本研究为进一步研究Puroindolineb-2基因的分子遗传基础提供了重要的理论依据,同时也为我国高产小麦育种提供了有用信息。关键词:普通小麦;Puroindolineb-2基因;产量相关性状;旗叶大小;基因定位AnalysisofassociationofPuroindolineb-2alleleswithyield-relatedtraitsinbreadwheat(TriticumaestivumL.)CHENFeng,LIXiang-Nan,CaoYing-Ying,SunJianxi,ZhangFu-Yan,DongZhong-Dong,CuiDang-QunAgronomyCollege/CollaborativeInnovationCenterofFoodCropsinHenanProvince,HenanAgriculturalUniversity,Zhengzhou450002,ChinaAbstract:Puroindolineb-2(Pinb-2)geneswererecentlydiscoveredandpossesshighsimilaritywithPuroindolinebgene.Inourpreviousstudy,severalPinb-2alleleshavebeenidentifiedinBgenomeofbreadwheatandallelicvariationofPinb-2wasassociatedwithgraintextureinsoftwheat.Inthisstudy,wefurtheranalyzedtheassociationofPinb-2alleleswithyield-relatedtraitsandflagleafsizeaswellasgeneticmappingofPinb-2inbreadwheat.ResultsindicatedthatcultivarswithPinb-2v3bpossessedthehighest1000-kernelweight,graindiameter,grainnumberperspike,grainweightperspikeandgrainweightperplantamongstwheatcultivarswithfourofPinb-2v2,Pinb-2v3a,Pinb-2v3bandPinb-2v3c.Therefore,aconclusioncouldbedrawnthatcultivarswithPinb-2v3bpossiblyhavemorepreferableyield-relatedtraitsthanthoseofothers.Additionally,cultivarswithPinb-2v3aallelepossessedthehighestvalueofwidth,lengthandareaofflagleafamongwheatgenotypeswithfourPinb-2alleles.GeneticmappingindicatedthatPinb-2locuswaslocatedonthelongarmofchromosome7Binbreadwheat,whichwaslinkedtoSSRmarkerBarc315.ThisstudycouldprovidebetterunderstandingofmolecularandgeneticbasisofPuroindolineb-2genesandalsoprovideusefulinformationforimprovementofwheatyieldinwheatbreedingprogram.Keywords:Breadwheat;Puroindolineb-2genes;Yield-relatedtraits;Flagleafsize;Geneticmapping位于5D染色体短臂上的Puroindoline基因是控制小麦籽粒硬度的主效基因,主要有Puroindolinea(Pina)和Puroindolineb(Pinb)两个基因组成[1-4]。多个研究表明[3-6],Pina或Pinb基因发生突变以及Pina基因缺失均会导致小麦胚乳质地变硬。目前,已在普通小麦中发现多种Puroindoline基因变异类型,国内外研究者均对其进行了总结[1-4,7]。另外,Puroindoline基因变异对小麦磨粉和食品加工品质也具有重要影响[8-10],同时该基因的过量表达对增强植株抗病能力也有一定作用[11]。随着对小麦Puroindoline基因研究的持续深入,一组与其相似性很高的类Puroindoline基因在普通小麦cDNA中被发现[12]。由于该类Puroindoline基因与Puroindolineb基因相似性高达72%,因此被命名为Puroindolineb-2(Pinb-2)基因。与Puroindoline基因只有一个拷贝不同,Pinb-2基因在普通小麦中至少存在着三个拷贝,Wilkinson等[12]认为三个拷贝均位于7A染色体上。Chen等[13]在一美国小麦品种中发现了一个新的Pinb-2基因类型,将其命名为Pinb-2v4,并利用非整倍体对已报道的Pinb-2基因进行了定位和重新命名,发现Pinb-2v1位于7DL上、Pinb-2v2位于7BL上、Pinb-2v3位于7B上、Pinb-2v4位于7AL上,同时发现Pinb-2v2和Pinb-2v3总是互补出现在不同的品种中,可能互为一对等位基因。Geng等[14]进一步证实了Pinb-2基因位于普通小麦7号染色体的不同同源群上,还利用多个遗传群体进一步证实了Pinb-2v2和Pinb-2v3互为一对等位基因[15]。之后,Chen等[16-17]和Ramalingam等[18]分别在普通小麦和硬粒小麦中发现了多种新的Pinb-2基因变异类型,但有些类型如Pinb-2v5和Pinb-2v6可能只存在于少数品种中。随着Pinb-2基因的发现以及该类型基因与小麦籽粒硬度主效基因Puroindolineb的高度相似性,有关其功能的研究也逐步开展。Chen等[19]发现,软质麦中不同Pinb-2基因类型间小麦籽粒硬度有显著差异,而在硬质麦中不同变异类型之间的差异不明显。而且,进一步研究发现[20-21],拥有Pinb-2v3类型的小麦品种千粒重、粒径和每穗粒重等多个农艺性状均显著高于拥有Pinb-2v2类型的小麦品种。Geng等[22]研究发现,拥有Pinb-2v2和Pinb-2v3类型的硬质小麦品种间SKCS籽粒硬度间没有显著差异。Mohler等[23]对拥有不同Puroindoline基因和Pinb-2变异类型的小麦品质性状进行分析后发现,Puroindoline基因变异与所调查的11个品质性状间具有密切关系,而Pinb-2基因位点变异与所调查的11个品质性状间没有明显的关系。而Ramalingam等[18]表明,Pinb-2基因具有一定的抗菌功能,可能在植物防御中起到一定的作用。先前研究中我们发现[21],Pinb-2v3基因存在着三种类型,分别将其命名为Pinb-2v3a、Pinb-2v3b和Pinb-2v3c,即普通小麦B基因组上存在着包括Pinb-2v2和上述3种Pinb-2v3类型在内的4种变异类型,同时发现Pinb-2基因并非种子特异性表达,其在小麦根和叶中均有表达。不同变异类型间的表达量比较表明,Pinb-2v3b类型表达量显著高于Pinb-2v3a、Pinb-2v3c和Pinb-2v2三种类型,而后三者之前没有显著差异。研究表明,软质麦中拥有Pinb-2v3b类型的小麦籽粒硬度显著高于其它类型。本文进一步分析了Pinb-2基因变异类型与小麦产量相关性状和旗叶大小的关系,并利用重组近交系群体对位于B基因组上的Pinb-2基因进行了定位,旨在为深入了解该基因的功能和小麦育种提供一定信息。1材料与方法1.1供试材料本试验采用来自我国黄淮麦区的普通小麦历史品种、农家品种和当前主栽品种共计167份,分别于2006-07和2010-11年度种植于河南农业大学科教示范园区。每个材料种植2行,行长2m,行间距为23cm。田间排列按完全随机方式进行,田间管理按当地试验条件进行。农家种在抽穗前期采用防倒网进行支撑以防止其倒伏。所有参试小麦品种(系)均未有倒伏和穗发芽情况出现。1.2农艺性状调查收获前,每个参试材料分别从1m长度的小麦植株中连续选用10株,用来测量小穗数、不孕小穗数、旗叶长和旗叶宽,并计算相应的旗叶面积(旗叶面积=旗叶长×旗叶最大宽度×0.75)[20],并对测量的单株挂牌标记,所有参试品种均设置2次重复。对上述挂牌标记的材料收获后,分别测量其相应的穗粒数、穗粒重、千粒重、粒长、粒宽和单株粒重。1.3Puroindolineb-2基因型鉴定对于Puroindolineb-2基因型鉴定,首先采用Chen等[13]设计的特异引物Pinb-2v1F/R~Pinb-2v4F/R进行PCR扩增,以鉴定每一小麦品种(系)A、B和D基因组上的Pinb-2v4、Pinb-2v2、Pinb-2v3和Pinb-2v1类型。对于Pinb-2v3b和Pinb-2v3c基因型鉴定,首先采用Chen等[21]设计的引物Tsp4cI-2v3F/R和DdeI-2v3F/R(表1)进行扩增,然后分别用Tsp4cI和DdeI内切酶进行酶切鉴定。然后将不属于Pinb-2v3b和Pinb-2v3c基因型的材料采用全长引物Pinb-2vU(表1)扩增后进行测序以鉴定其是否属于Pinb-2v3a类型。详细鉴定方法见Chen等[21]。PCR扩增时,反应体积为25µL,反应液组成为1×PCR缓冲液(10mmol/LTris-HCl,pH9.0,50mmol/LKCl,1.0%TritonX-100),1.5mmol/LMgCl2,0.3mmol/LdNTP,上、下游引物各10pmol,模板DNA200ng,0.5UTaq酶。反应条件为:首先94℃变性5min;然后94℃变性30sec,58℃退火30sec,72℃延伸1min,共循环35次,最后72℃延伸5min。PCR扩增产物经1.5%琼脂糖凝胶电泳分离,采用缓冲体系为1×TAE溶液,160v电压电泳30min,溴化乙锭染色后在紫外灯下进行结果读取。1.4Pinb-2基因定位以河南农业大学小麦遗传育种课题组创制的F8代重组近交系(RecombinantInbredLines,简称RIL)群体为材料(该群体亲本分别为小麦品种豫麦2号和高代苗头品系86-79,群体一共有350个株系),采用7B染色体上的40对SSR引物在亲本间进行多态性筛选,发现有10对引物在两个亲本豫麦2号和86-79间有
本文标题:小麦Puroindolineb2基因等位变异及其对产量性状的影响
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