小麥矮稈基因研究和利用進展的制作方法

專利名稱：小麥矮稈基因研究和利用進展的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
小麥矮稈基因研究和利用進展，屬于小麥種質(zhì)資源研究的重要領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
小麥矮化基因包括三大類型(1)草叢矮基因，又稱雜種基因，以"Dn"表示，但大寫 基因符號在此不表示顯性；(2)獨稈基因，以"USn"表示，這里小寫表示隱性；(3)矮稈基因， 是矮化育種供體的主要對象， 一般用"Rhtn"表示，這里的大寫不表示顯性，僅表示其相對于 相應位點的基因具有降低株高的作用。

發(fā)明內(nèi)容
1、草叢矮基因 關(guān)于矮生基因的研究，早在1891年，F(xiàn)arrer進行小麥種內(nèi)和種間雜交研究時，在 巳、F2代群體中就發(fā)現(xiàn)具有大量無效分蘗、無效莖與密集的葉片簇擁在一起的矮株，即"矮 生型"。因無經(jīng)濟價值，長期以來在育種上未得到有效的應用。Moorel提出開發(fā)利用草叢矮 系列基因。理由是該類基因在許多國家高稈和半矮稈品種中都存在，當種植在適宜溫度條 件下，叢狀矮稈基因具有降稈和提高分蘗的作用。他建議在夏季溫度高的大陸性和亞熱帶 氣候區(qū)選擇具有優(yōu)良產(chǎn)量潛力的叢狀矮稈品種。 草叢矮基因至少有4個，它們的位點已經(jīng)確定。D1定位于2DS上，距著絲點3.2個 交換單位；D2定位于2BL上；D3定位于4BL上；D4位于2DL上，距著絲點9個交換單位。許 多帶有D2和D3的澳大利亞和印度品種與帶D2或D4的歐洲品種雜交困難，可能是由于該 類基因常與壞死、缺綠基因緊密連鎖在一起的緣故。
2、獨稈基因 獨稈品種發(fā)育完全受阻的植株，在地表呈蓮座狀，通常不能進一步發(fā)育而死亡。中 度受阻者能產(chǎn)生可育穗。Inbal(1982)認為該性狀由兩個隱性基因控制，其中一個可能存在 于正常品種中，該基因被定名為US1和US2，并用單體分析分別定位在4B和5B染色體上，目 前尚不能明確其實際生產(chǎn)利用價值。這些矮化的基因型可能會表達出不同的特征，如叢生、 不孕等。它們這些特征的表達可被長日照/低溫生長或乙烯利處理所提高。這種株高降低 的形式很明顯是由激素控制的，因為從這些矮化植株里可提取出含量水平很高的ABA。
3、矮稈基因 矮稈基因是矮化育種的主要供體基因。自60年代農(nóng)林10號矮稈基因應用于小麥 育種以來，已命名了21個Rht主效矮稈基因(表l)。據(jù)矮稈品種對外源赤霉酸(GA3)的反 應不同，可將矮稈基因分為兩類一類用外源赤霉酸處理后株高不增加，其所含的矮稈基因
稱為赤霉酸不敏感型，反之則稱為赤霉酸敏感型。 表l小麥矮稈基因目錄 Tablel Catalogue of wheat dwarf genes
6基因名稱GAa反應型遺傳型表現(xiàn)型來源備注
KhtlI隱性降稈24%農(nóng)林10號
RhtlsI部分顯性降稈11%Saitama27
Rht2I隱性降稈24%農(nóng)林10號
Rht3I部分顯性降稈64%大拇指矮發(fā)芽種子a-淀粉 量低，主要影響 a -淀粉酶的合成
Rht4S隱性降稈45%Burt輻射突變體
Rht5S部分顯性降稈50%Marfed EMS誘變體
Rht6s隱性Brut Brevor
Rht7s隱性降稈24%Bersee
Rht8s隱性Akakomugi與Ppdl基因共分 離
Rht9s隱性Akakomugi
RhtlOI部分顯性降稈64%矮變l號為主效+微效多基 因
Rhtlls隱性
Rhtl2s顯性降稈46%Kancag522M7K與Bl和e-Amy— Al緊密連鎖
Rhtl3s隱性降稈24%Magnife41Ml
Rhtl4I部分顯性降稈34%Cappelli誘變體
Rhtl5s隱性Durox(硬粒小麥)
隨6I部分顯性硬粒小麥
Rhtl7s隱性Chris誘變體
Rhtl8I部分顯性Icaro誘變體
Rhtl9I部分顯性Vic Ml
Rht20s隱性BurtM860
Rht211部分顯性小麥品系XN0004 注S-敏感型；I-不敏感；Bl-芒抑制基因；Ppdl_光周期反應不敏感基因。
4、常用矮稈基因及分布 在已知的小麥矮稈基因中，應用范圍最廣的是來自農(nóng)林10號和赤小麥的 Rhtl(Rht-Blb)和Rht2(Rht-Dlb)和Rht8、 Rht9四個矮稈基因，它們約在世界90%以上的 矮稈和半矮稈品種中得到應用(Worland，Plant breeding, 1994. 113 :187-196)。日本的赤 小麥(Akagomugi)和達摩麥(Daruma)在世界小麥矮化育種中應用最為廣泛。意大利育種 家Strampelli N用1911年從日本引進的赤小麥作為早熟矮稈親本，育成了一系列中稈推 廣品種，如中農(nóng)28、南大2419、阿夫、阿勃和矮粒多等。由于這些品種的株高適度、產(chǎn)量高、 適應性強，迅速成為意大利小麥育種的骨干，而且許多國家直接引進作為生產(chǎn)種或者作為 種質(zhì)資源培育新的品種(Korzun， Theor.Appl. Genet. 1998,96(8) :1104-1109)。 1935年日 本利用達摩麥育成農(nóng)林10號后，美國、印度、巴基斯坦、澳大利亞等國家利用它育成大量品 種。到上世紀60年代，一大批以矮稈小麥為代表的作物新品種的育成和大面積推廣大幅度
7提高了世界的糧食產(chǎn)量，使工業(yè)革命與農(nóng)業(yè)的科技進步得到了有機結(jié)合，在全球范圍內(nèi)成 功引發(fā)了一場農(nóng)業(yè)"綠色革命"。原產(chǎn)我國西藏的大拇指矮及從地方品種矮稈早中發(fā)現(xiàn)的 自然突變系矮變1號、非洲的奧爾森矮等都含有主效矮稈基因，但還沒有在育種中得到有 效利用。我國常用矮稈基因有Rhtl (Rht-Blb) 、Rht2 (Rht-Dlb)和Rht8 (郭北海，作物學報， 2000,26(4) :420-423)。 賈繼增等(中國農(nóng)業(yè)科學，1992，25(1) :1_5)采用系譜分析和外源赤霉酸反 應相結(jié)合的方法，對我國小麥的主要矮源與矮稈親本進行了研究，認為我國小麥育成品 種的矮源主要有4個(l)Daruma，以水源86(朝鮮)和農(nóng)林10號(日本)為代表的具 Rhtl(Rht-Blb)和Rht2(Rht-Dlb)兩對赤霉酸不敏感基因，(2) Saitama27，以St2422/464 為代表的具一對弱的赤霉酸不敏感基因Rhtls(Rht-Bld)， (3)輝縣紅和蚰包為一類，具 有一對赤霉酸不敏感基因Rht2(Rht-Dlb)， (4)赤小麥，以阿夫為代表，具Rht8和(或) Rht9 —對或兩對赤霉酸敏感矮稈基因。生產(chǎn)上推廣的92個矮稈和半矮稈品種中有23個 品種含有水源86血緣，占總數(shù)的25% ;24個品種的矮稈親本含有St2422/464血緣，占總 數(shù)的26% ;15個品種的矮稈親本具有農(nóng)林10號血緣，占16% ;9個品種的矮稈親本含有
蚰包的血緣，約占10% ;ll個品種的矮稈親本含有輝縣紅血緣，占13% ;另外，有9個是
人工誘變產(chǎn)生的，約占10%。郭保宏等(國外農(nóng)學——麥類作物，1996(5) :4-5)通過矮 稈基因等位性測驗法和矮稈品種赤霉酸反應鑒定與系譜分析法相結(jié)合，分析了我國46個 矮稈小麥品種所攜帶的赤霉酸不敏感矮稈基因。發(fā)現(xiàn)Rhtl(Rht-Blb)基因型有l(wèi)l個， 占24% ;Rht2(Rht-Dlb)基因型有32個，占69 % ;Rhtl (Rht-Blb)+Rht (2Rht-Dlb)基因型 有3個，占7X，但我國生產(chǎn)上種植的矮稈品種不含Rht(lRht-Blb)+Rht2(Rht-Dlb)基因 型。郭保宏等(中國農(nóng)業(yè)科學，1997，30(5) :56-60)利用赤霉酸不敏感性作為矮稈基因的 遺傳標記，通過系譜分析和基因等位性測驗，認定了我國76個優(yōu)良矮稈小麥品種或材料 的赤霉酸不敏感矮稈基因。研究發(fā)現(xiàn)，Rhtl(Rht-Blb)基因型的占21% ;Rht2(Rht-Dlb) 基因型的占72 % ;Rhtl (Rht-Blb) +Rht2 (Rht-Dlb)基因型的占7%。表明我國優(yōu)良矮 稈小麥遺傳資源中，Rht2(Rht-Dlb)基因型占絕對優(yōu)勢，Rhtl(Rht-Blb)基因型次之， Rhtl(Rht-Blb)+Rht2(Rht-Dlb)基因型較少。Rhtl (Rht-Blb)基因型遺傳資源主要分布在 河南、陜西和河北等省；Rht2(Rht-Dlb)基因型遺傳資源以山東最多，河北、河南和北京次 之，其它省較少。Rht(2Rht-Dlb)基因在生產(chǎn)上的累計推廣面積為Rht(lRht-Blb)的2倍； Rhtl(Rht-Blb)基因在生產(chǎn)上的累計推廣面積以河南最多，安徽、江蘇和陜西次之，其它省 較少；Rht2(Rht-Dlb)基因以山東累計推廣面積最大，河南次之，江蘇也有較大面積，其它 省較少。但它們的利用與育種密切相關(guān)。因此，Rhtl(Rht-Blb)和Rht2(Rht-Dlb)在我國 的利用可能沒有特殊的地域性。
5、矮稈基因在小麥遺傳改良中的利用
5. l矮稈基因的作用 矮稈基因的主要作用是降低小麥株高。降稈能力的大小用矮稈基因的降稈強度 表示，即引入矮稈基因后株高降低的百分比表示。多數(shù)研究表明，Rht3(Rht-Blc)屬于強 降稈基因，降稈強度為46% ;Rhtl(Rht-Blb)和Rht2(Rht-Dlb)屬于中等強度的矮稈基因， 降稈強度為23X左右；Rhtls(Rht-Bld)為弱降稈基因，僅減少株高11% (王山葒，麥類作 物學報，2001，24(4) :5-9 ;B5rner， Plant Breeding, 1993， 111 :204-216 ;Kertesz， CerealResearchCommunications， 1991， 19(3) :297-304)。 RhtlO (Rht-Dlc)降稈強度為69%，為 已知矮稈基因中降稈能力最強的基因(劉秉華，1999) ;Rhtl2是一個表現(xiàn)顯性的矮稈基因， 降稈強度為46 %，僅次于Rht-Blc和Rht-Dlc(Worland， 1994) 。 Flintham等(Science, 1997(129) :371-378)的研究表明，降低株高的能力由強到弱依次為Rht-Blc+Rht-Dlb > Rht-Blc > Rht-Blb+Rht-Dlb > Rht-Dlb > Rht-Blb，分別為59% 、50% 、42% 、 17%和14% ， Rht8屬于弱降稈基因。 株高與小麥其它農(nóng)藝性狀，特別與產(chǎn)量性狀的關(guān)系是遺傳育種工作者研究的重 要課題之一。20世紀80年代以來國內(nèi)外學者采用近等基因系、加倍單倍體、染色體代換、 單體分析和重組自交系等不同方法，對不同單個矮稈基因和矮稈基因組合類型在不同環(huán) 境下的冬、春小麥株高與產(chǎn)量和穗部性狀的關(guān)系等方面進行了大量研究。結(jié)果表明，冬性 小麥中雙基因矮稈基因型(Rht-Blb+Rht-Dlb)的產(chǎn)量高于相同遺傳背景的高稈基因型( Rht-BlbRht-Blb+Rht-DlbRht-Dlb) 2 % ，但低于單基因的矮稈基因型(Rht-BlbRht-Blb或 Rht-DlbRht-Dlb)14% ;具有單個矮稈基因的矮稈系與同背景的高稈系相比，分蘗數(shù)增加， 小穗育性提高，穗粒數(shù)增加20%，籽粒大小降低，但籽粒變小不能完全抵消粒數(shù)增加的效 應，總體對產(chǎn)量提高有利(Allan, Crop Sci， 1989,29 :1103-1108)。但在春麥中，高稈系的產(chǎn) 量顯著高于單基因半矮稈系(14.5%)，單基因半矮稈系產(chǎn)量高于雙基因矮稈系(37.3%)， 主要原因是高稈品系的穗粒數(shù)多，分別較半矮稈系和矮稈系多12. 7%和57. 5% (Korzim， PlantBreeding， 1997， 116 :227-232) 。 Rht-Blb、 Rht-Dlb、 Rht-Blc三個矮稈基因都使春小 麥生物產(chǎn)量降低，Rht-Blb和Rht-Dlb減少分蘗，Rht-Blc不但減少分蘗，同時還減少穗粒數(shù) 和降低千粒重。Worland等(1980)認為，普通小麥中多數(shù)矮稈基因與產(chǎn)量存在不同程度的 負相關(guān)，如Rht4、Rht5、Rht6和Rht7等既強烈降低株高(24-50% )，又降低籽粒產(chǎn)量。通過 上述分析可以看出，矮稈基因與株高降低以及其它性狀有密切關(guān)系。不同的主效矮稈基因 所影響的性狀不盡相同，程度也有所差別。
5.2主要矮稈基因的利用 —般來講，小麥的矮化育種包括兩個方面。 一是將矮稈基因用于常規(guī)育種，通常利 用顯性或隱性矮稈基因；二是利用顯性矮稈基因控制雜種小麥的株高，即降低雜種F1的株
高，使雜交種在生產(chǎn)上大面積種植時不易倒伏，從而達到高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的目的。
研究表明，小麥株高的降低與產(chǎn)量的降低有很強的遺傳關(guān)聯(lián)性(Law, Heredity, 1973,40 :133-151)，一個小麥矮稈基因若有商業(yè)價值，它必須能夠打破株高與產(chǎn)量間的 負向關(guān)聯(lián)性，并使降低株高和增加產(chǎn)量組合在一起，或者至少也應在降低株高的同時對 產(chǎn)量無影響。但到現(xiàn)在為止，只有少數(shù)幾個矮稈基因能夠打破這種不利的關(guān)聯(lián)性，它們 主要位于普通小麥的第四同源群染色體上。特別是來源于農(nóng)林10號的Rhtl(Rht-Blb)、 Rht2(Rht-Dlb)和來源于Saitama27的Rhtls (Rht-Bld) 。Rhtl (Rht-Blb) 、Rht2 (Rht-Dlb)在 降低株高達16%的同時能夠增加產(chǎn)量最高達20%。 Sn即e(IAEA-TEDOC， 1984， 307 :71-77) 等報道收獲指數(shù)的增加在很大程度上受Rhtl(Rht-Blb)、 Rht2(Rht-Dlb)基因的影響。這 幾個基因存在于世界上約90%的半矮稈小麥品種中，為小麥矮化育種作出了巨大的貢 獻。但含Rhtl(Rht-Blb)、 Rht2(Rht-Dlb)的小麥若在減數(shù)分裂期遭遇高溫，這時矮稈基因 Rhtl (Rht-Blb) 、 Rht2(Rht-Dlb)會與高溫環(huán)境發(fā)生相互作用從而導致小穗育性降低，產(chǎn)量 下降(Law， 1985Cambridge， UK， pp :69-71 ;Milach， Crop Science, 1997,45 :12-15)。因此限制了這些基因在西歐，尤其是地中海國家的應用。后來發(fā)現(xiàn)來自赤小麥的矮稈基因Rht8、 Rht9在減數(shù)分裂期遭遇高溫環(huán)境不會導致育性降低，從而使得Rht8、Rht9基因在該地區(qū)得 到較廣泛的應用。除了 Rhtl (Rht-Blb) 、Rht2(Rht-Dlb) 、Rht8和Rht9夕卜，Rht3 (Rht-Blc)、 RhtlO(Rht-Dlc)和Rhtl2由于它們具有強烈的降稈能力，一般不能夠直接在常規(guī)育種上應 用，但可以作為一種形態(tài)標記。 矮敗小麥就是具有矮稈基因控制的矮稈性狀標記的顯性核不育材料(劉秉華，作 物學報，1994，20(3) :306-309)。在矮敗小麥中，顯性雄性不育基因Ms2太谷核不育基因與 顯性矮稈基因RhtlO(Rht-Dlc)緊密連鎖，其連鎖交換值僅為0. 18(劉秉華，1994)。利用 矮稈性狀在后代中可以很方便的檢測出不育株和可育株，在輪回選擇和矮化育種中有著重 要的應用價值。傅大雄等(21世紀小麥遺傳育種國際研討會論文集鄭州，2001 :288-292) 研究指出，就致矮能力而論，無論Rht3 (Rht-B 1 c)還是Rht 10 (Rht-D 1 c)都適用于雜交小 麥育種，且極度矮化的大拇指矮、矮變1號僅是Rht3(Rht-Blc)和RhtlO(Rht-Dlc)基因 在自然界的特殊形式，核遺傳背景可以大量的影響含Rht3 (Rht-B 1 c)和Rht 10 (Rht-D 1 c) 基因矮源的株高表型，并提出小麥顯性矮稈基因"成長"的概念，從而說明Rht3(Rht-Blc) 和RhtlO(Rht-Dlc)基因也可在小麥常規(guī)育種中得到利用。周文春等(華北農(nóng)學報，1998， 13(4) :14-19)研究指出，小麥Rht3(Rht-Blc)矮稈系雜種Fl粒重具有較強的優(yōu)勢。Rht4、 Rht5、 Rht6、 Rht7由于沒有打破降稈與產(chǎn)量間的不利連鎖，在降低株高24-50%的同時也 同樣地降低了產(chǎn)量，從而使之缺少實際利用價值(HUML， Agril. Assoc, China, 1980， 109 : 5-16 ;Woo， WashVienna， 1969， 551-556)。
6、主要矮稈基因的分子標記研究進展 對小麥矮稈基因研究取得突破是在Allan (Crop Sci， 1989， 29 :1103-1108)、 Gale(Butterworths and Co. London. 1985， pagel-35)等發(fā)現(xiàn)某些矮稈基因?qū)Φ蜐舛鹊?GA3反應不敏感之后。不敏感矮稈小麥的矮稈特性與赤霉酸不敏感性是一因多效或控制 這兩個性狀的基因表現(xiàn)緊密連鎖，因此矮稈基因的赤霉酸反應特性就可以用作矮稈基因 的化學標記性狀。應用此標記，國內(nèi)外已鑒定出目前育種上正在應用的Rhtl (Rht-Blb)、 Rht2 (Rht-Dlb) 、Rhtls (Rht-Bld) 、Rht3 (Rht-Blc) 、Rht10 (Rht-Dlc)和Rht21等赤霉酸不敏 感基因，且可以根據(jù)這些基因的赤霉酸反應特性，準確區(qū)分分離世代的不同個體是否含有 這些矮稈基因。根據(jù)后代赤霉酸敏感性分離情況，可以判斷所含矮稈基因是處于純合還是 雜合狀態(tài)，從而減少工作量和用地面積。另外利用該標記并結(jié)合系譜分析，還可以追蹤和鑒 定育成品種中所含矮稈基因的類型。缺陷是赤霉酸處理小麥幼苗檢測，耗費時間，最大的缺 點是不能區(qū)分同對赤霉酸不敏感或同時對赤霉酸敏感的矮稈基因。 80年代以來，分子標記的迅速發(fā)展，大大促進了遺傳連鎖圖的構(gòu)建。也為小麥矮 稈基因的研究提供了一個更為有效的方法和手段，目前已找到的部分小麥矮稈基因的分 子標記見表2。 B5rner等(Plant Breeding, 1993， 111 :204-216)對位于小麥4B和4D染 色體上的三個矮稈基因Rht-Bl(c4BS)、 Rht-Dlc(4BS)和Rht-Dlb(4DS)進行了分子標記， 共找到了 8個標記位點RFLP標記Xpsrl44、 Xpsr584和Xmwg634分別距Rht-Blcll. 9cM、 17. lcM和30. 6cM， SSR標記Xgwml49距Rht-Blc28. 9cM ;RFLP標記Xpsr921和Xmwg634分 別距Rht-DlcO. 8cM、和1. 5cM， SSR標記Xgwml65距Rht-Dlc28. OcM ;SSR標記Xgwml65距 Rht-Dlb41. lcM。 Peng等(New Phytol， 2000， 146 :141-154)對小麥矮稈基因Rht-Blb和Rht-Dlb進行測序時發(fā)現(xiàn)，這兩個同源突變基因與其野生型Rht-Bla和Rht-Dla基因存在一 個堿基的差異。Ellis等(2002)根據(jù)小麥矮稈基因Rht-Blb和Rht-Dlb這兩個同源突變基 因與其野生型Rht-Bla和Rht-Dla基因存在一個堿基的差異設計了針對這兩個同源矮稈基 因的野生與突變型基因序列做特異性標記，各得到一條上述四個基因?qū)?37bp、254bp、 237bp和264bp片段的特異性電泳帶，該四個片段是Rht-Bla、Rht-Blb、Rht-Dla和Rht-Dlb 矮稈基因特異性片段，可用于Rht-Blb和Rht-Dlb的鑒定。楊松杰等利用Ellis設計的小麥 矮稈基因Rht-Dlb的2對特異分子標記DF和MR2、DF和WR2檢測了我國主要麥區(qū)432份主 栽品種和高代品系中的矮稈基因Rht-Dlb。慕美財?shù)?分子植物育種，2005，3(4) :473-478) 同樣利用Ellis設計小麥矮稈基因Rht-Blb、 Rht-Dlb的4對特異分子標記NH-BF和MRl、 NH-BF和WR1. 2、 DF和MR2、 DF和WR2，對山東小麥品種中矮稈基因Rht-Blb、 Rht-Dlb的分 布情況進行了分子標記鑒定。Korzun等(Theor. Appl. Genet. 1998， 96 (8) :1104-1109)利 用114個F2代單株，應用SSR標記定位了 3個與Rhtl2基因有關(guān)的標記Xgwm291，Xgwm410 和Xgwml79，其中Rhtl2與Xgwm291相距5. 4cM，與Xgwm410相距11. OcM ;應用RFLP標記 定位了 4個與Rhtl2有關(guān)的位點Xpsr201， Xwgxl14， Xpsrl64， Xmwg616，其中Rhtl2基因與 Xpsrl201相距15. lcM ;還找到一個與Rht8有關(guān)的位點麗S261，與該標記僅有0. 6cM，成為 Rht8的特異性鑒定標記。Ahmad等利用該標記鑒定了不同國家的71份小麥材料，確定了 麗S261標記位點的不同片段在這些國家的分布頻率。 周陽等(作物學報，2003，29(6) :810-814)也利用微衛(wèi)星Xgwm261標記對中國小 麥主產(chǎn)區(qū)近30年小麥主栽品種和我國主要麥區(qū)432份主栽品種和高代品系進行了 Rht8矮 稈基因的鑒定。萬平等(遺傳學報，2001，28(11) :1028-1033)利用RAPD和RFLP分析了 Rht3 (Rht-Blc)的近等基因系及其分離群體，結(jié)果發(fā)現(xiàn)RAPD標記S10601900和S10602000 擴增片段與Rht3(Rht-Blc)連鎖，遺傳距離分別為7. lcM和9. 2cM ;RFLP探針Xpsr584與 Rht3(Rht-Blc)基因連鎖，遺傳距離為8.0cM。李素燕等(中國農(nóng)業(yè)科學院碩士學位論文， 2003， 12-15)以兩種遺傳背景的西南02、西南05株高近等基因系，京411株高、育性近等 基因系為材料，利用保守序列PCR擴增的方法，分離克隆株高相關(guān)基因，并最終分離克隆 RhtlO(Rht-Dlc)矮稈基因。于東海等(山東農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版)，2006，37(3): 359-362)以小麥-長穗偃麥草矮稈易位系山農(nóng)31504-1和高稈小麥種質(zhì)系山農(nóng)298的F2 群體為材料，利用RAPD-SSR法對來自長穗偃麥草的矮稈基因進行了定位，結(jié)果發(fā)現(xiàn)RAPD標 記S152與目標矮稈基因連鎖，遺傳距離為10. 73±3. 31cM。
具體實施例方式
1、小麥矮化基因包括三大類型(1)草叢矮基因，又稱雜種基因，以"Dn"表示，但大 寫基因符號在此不表示顯性；(2)獨稈基因，以"USn"表示，這里小寫表示隱性；(3)矮稈基 因，是矮化育種供體的主要對象，一般用"Rhtn"表示，這里的大寫不表示顯性，僅表示其相 對于相應位點的基因具有降低株高的作用。
2、常用矮稈基因及分布 在已知的小麥矮稈基因中，應用范圍最廣的是來自農(nóng)林10號和赤小麥的 Rhtl(Rht-Blb)和Rht2(Rht-Dlb)和Rht8、 Rht9四個矮稈基因，它們約在世界90%以上的 矮稈和半矮稈品種中得到應用(Worland，Plant breeding, 1994. 113 :187-196)。日本的赤小麥(Akagomugi)和達摩麥(Daruma)在世界小麥矮化育種中應用最為廣泛。意大利育種 家Strampelli N用1911年從日本引進的赤小麥作為早熟矮稈親本，育成了一系列中稈推 廣品種，如中農(nóng)28、南大2419、阿夫、阿勃和矮粒多等。由于這些品種的株高適度、產(chǎn)量高、 適應性強，迅速成為意大利小麥育種的骨干，而且許多國家直接引進作為生產(chǎn)種或者作為 種質(zhì)資源培育新的品種(Korzun， Theor.Appl. Genet. 1998,96(8) :1104-1109)。 1935年日 本利用達摩麥育成農(nóng)林10號后，美國、印度、巴基斯坦、澳大利亞等國家利用它育成大量品 種。到上世紀60年代， 一大批以矮稈小麥為代表的作物新品種的育成和大面積推廣大幅度 提高了世界的糧食產(chǎn)量，使工業(yè)革命與農(nóng)業(yè)的科技進步得到了有機結(jié)合，在全球范圍內(nèi)成 功引發(fā)了一場農(nóng)業(yè)"綠色革命"。原產(chǎn)我國西藏的大拇指矮及從地方品種矮稈早中發(fā)現(xiàn)的 自然突變系矮變1號、非洲的奧爾森矮等都含有主效矮稈基因，但還沒有在育種中得到有 效利用。我國常用矮稈基因有Rhtl (Rht-Blb) 、Rht2 (Rht-Dlb)和Rht8 (郭北海，作物學報， 2000,26(4) :420-423)。 賈繼增等(中國農(nóng)業(yè)科學，1992，25(1) :1_5)采用系譜分析和外源赤霉酸反 應相結(jié)合的方法，對我國小麥的主要矮源與矮稈親本進行了研究，認為我國小麥育成品 種的矮源主要有4個(l)Daruma，以水源86(朝鮮)和農(nóng)林10號(日本)為代表的具 Rhtl(Rht-Blb)和Rht2(Rht-Dlb)兩對赤霉酸不敏感基因，(2) Saitama27，以St2422/464 為代表的具一對弱的赤霉酸不敏感基因Rhtls(Rht-Bld)， (3)輝縣紅和蚰包為一類，具 有一對赤霉酸不敏感基因Rht2(Rht-Dlb)， (4)赤小麥，以阿夫為代表，具Rht8和(或) Rht9 —對或兩對赤霉酸敏感矮稈基因。生產(chǎn)上推廣的92個矮稈和半矮稈品種中有23個 品種含有水源86血緣，占總數(shù)的25% ;24個品種的矮稈親本含有St2422/464血緣，占總 數(shù)的26% ;15個品種的矮稈親本具有農(nóng)林10號血緣，占16% ;9個品種的矮稈親本含有
蚰包的血緣，約占10% ;ll個品種的矮稈親本含有輝縣紅血緣，占13% ;另外，有9個是
人工誘變產(chǎn)生的，約占10%。郭保宏等(國外農(nóng)學——麥類作物，1996(5) :4-5)通過矮 稈基因等位性測驗法和矮稈品種赤霉酸反應鑒定與系譜分析法相結(jié)合，分析了我國46個 矮稈小麥品種所攜帶的赤霉酸不敏感矮稈基因。發(fā)現(xiàn)Rhtl(Rht-Blb)基因型有l(wèi)l個， 占24% ;Rht2(Rht-Dlb)基因型有32個，占69 % ;Rhtl (Rht-Blb)+Rht (2Rht-Dlb)基因型 有3個，占7X，但我國生產(chǎn)上種植的矮稈品種不含Rht(lRht-Blb)+Rht2(Rht-Dlb)基因 型。郭保宏等(中國農(nóng)業(yè)科學，1997，30(5) :56-60)利用赤霉酸不敏感性作為矮稈基因的 遺傳標記，通過系譜分析和基因等位性測驗，認定了我國76個優(yōu)良矮稈小麥品種或材料 的赤霉酸不敏感矮稈基因。研究發(fā)現(xiàn)，Rhtl(Rht-Blb)基因型的占21% ;Rht2(Rht-Dlb) 基因型的占72 % ;Rhtl (Rht-Blb) +Rht2 (Rht-Dlb)基因型的占7%。表明我國優(yōu)良矮 稈小麥遺傳資源中，Rht2(Rht-Dlb)基因型占絕對優(yōu)勢，Rhtl(Rht-Blb)基因型次之， Rhtl(Rht-Blb)+Rht2(Rht-Dlb)基因型較少。Rhtl (Rht-Blb)基因型遺傳資源主要分布在 河南、陜西和河北等省；Rht2(Rht-Dlb)基因型遺傳資源以山東最多，河北、河南和北京次 之，其它省較少。Rht(2Rht-Dlb)基因在生產(chǎn)上的累計推廣面積為Rht(lRht-Blb)的2倍； Rhtl(Rht-Blb)基因在生產(chǎn)上的累計推廣面積以河南最多，安徽、江蘇和陜西次之，其它省 較少；Rht2(Rht-Dlb)基因以山東累計推廣面積最大，河南次之，江蘇也有較大面積，其它 省較少。但它們的利用與育種密切相關(guān)。因此，Rhtl(Rht-Blb)和Rht2(Rht-Dlb)在我國 的利用可能沒有特殊的地域性。
3、矮稈基因在小麥遺傳改良中的利用
3. l矮稈基因的作用 矮稈基因的主要作用是降低小麥株高。降稈能力的大小用矮稈基因的降稈強度 表示，即引入矮稈基因后株高降低的百分比表示。多數(shù)研究表明，Rht3(Rht-Blc)屬于強 降稈基因，降稈強度為46% ;Rhtl(Rht-Blb)和Rht2(Rht-Dlb)屬于中等強度的矮稈基因， 降稈強度為23X左右；Rhtls(Rht-Bld)為弱降稈基因，僅減少株高11% (王山葒，麥類作 物學報，2001，24(4) :5-9 ;B6rner, Plant Breeding, 1993， 111 :204-216 ;Kertesz， Cereal ResearchCommunications， 1991， 19(3) :297-304)。 RhtlO (Rht-Dlc)降稈強度為69%，為 已知矮稈基因中降稈能力最強的基因(劉秉華，1999) ;Rhtl2是一個表現(xiàn)顯性的矮稈基因， 降稈強度為46 %，僅次于Rht-Blc和Rht-Dlc(Worland， 1994) 。 Flintham等(Science, 1997(129) :371-378)的研究表明，降低株高的能力由強到弱依次為Rht-Blc+Rht-Dlb > Rht-Blc > Rht-Blb+Rht-Dlb > Rht-Dlb > Rht-Blb，分別為59% 、50% 、42% 、 17%和14% ， Rht8屬于弱降稈基因。 株高與小麥其它農(nóng)藝性狀，特別與產(chǎn)量性狀的關(guān)系是遺傳育種工作者研究的重 要課題之一。20世紀80年代以來國內(nèi)外學者采用近等基因系、加倍單倍體、染色體代換、 單體分析和重組自交系等不同方法，對不同單個矮稈基因和矮稈基因組合類型在不同環(huán) 境下的冬、春小麥株高與產(chǎn)量和穗部性狀的關(guān)系等方面進行了大量研究。結(jié)果表明，冬性 小麥中雙基因矮稈基因型(Rht-Blb+Rht-Dlb)的產(chǎn)量高于相同遺傳背景的高稈基因型( Rht-BlbRht-Blb+Rht-DlbRht-Dlb)2X，但低于單基因的矮稈基因型(Rht-BlbRht-Blb或 Rht-DlbRht-Dlb)14% ;具有單個矮稈基因的矮稈系與同背景的高稈系相比，分蘗數(shù)增加， 小穗育性提高，穗粒數(shù)增加20%，籽粒大小降低，但籽粒變小不能完全抵消粒數(shù)增加的效 應，總體對產(chǎn)量提高有利(Allan, Crop Sci， 1989,29 :1103-1108)。但在春麥中，高稈系的產(chǎn) 量顯著高于單基因半矮稈系(14.5%)，單基因半矮稈系產(chǎn)量高于雙基因矮稈系(37.3%)， 主要原因是高稈品系的穗粒數(shù)多，分別較半矮稈系和矮稈系多12. 7%和57. 5% (Korzim， PlantBreeding， 1997， 116 :227-232) 。 Rht-Blb、 Rht-Dlb、 Rht-Blc三個矮稈基因都使春小 麥生物產(chǎn)量降低，Rht-Blb和Rht-Dlb減少分蘗，Rht-Blc不但減少分蘗，同時還減少穗粒數(shù) 和降低千粒重。Worland等(1980)認為，普通小麥中多數(shù)矮稈基因與產(chǎn)量存在不同程度的 負相關(guān)，如Rht4、Rht5、Rht6和Rht7等既強烈降低株高(24-50% )，又降低籽粒產(chǎn)量。通過 上述分析可以看出，矮稈基因與株高降低以及其它性狀有密切關(guān)系。不同的主效矮稈基因 所影響的性狀不盡相同，程度也有所差別。
3.2主要矮稈基因的利用 —般來講，小麥的矮化育種包括兩個方面。 一是將矮稈基因用于常規(guī)育種，通常利 用顯性或隱性矮稈基因；二是利用顯性矮稈基因控制雜種小麥的株高，即降低雜種F1的株 高，使雜交種在生產(chǎn)上大面積種植時不易倒伏，從而達到高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的目的。
研究表明，小麥株高的降低與產(chǎn)量的降低有很強的遺傳關(guān)聯(lián)性(Law, Heredity, 1973,40 :133-151)，一個小麥矮稈基因若有商業(yè)價值，它必須能夠打破株高與產(chǎn)量間的 負向關(guān)聯(lián)性，并使降低株高和增加產(chǎn)量組合在一起，或者至少也應在降低株高的同時對 產(chǎn)量無影響。但到現(xiàn)在為止，只有少數(shù)幾個矮稈基因能夠打破這種不利的關(guān)聯(lián)性，它們 主要位于普通小麥的第四同源群染色體上。特別是來源于農(nóng)林10號的Rhtl(Rht-Blb)、Rht2 (Rht-Dlb)和來源于Saitama27的Rhtls (Rht-Bld) 。Rhtl (Rht-Blb) 、Rht2 (Rht-Dlb)在 降低株高達16%的同時能夠增加產(chǎn)量最高達20%。 Sn即e(IAEA-TEDOC， 1984， 307 :71-77) 等報道收獲指數(shù)的增加在很大程度上受Rhtl (Rht-Blb) 、 Rht2 (Rht-Dlb)基因的影響。這 幾個基因存在于世界上約90%的半矮稈小麥品種中，為小麥矮化育種作出了巨大的貢 獻。但含Rhtl(Rht-Blb)、 Rht2(Rht-Dlb)的小麥若在減數(shù)分裂期遭遇高溫，這時矮稈基因 Rhtl (Rht-Blb) 、 Rht2(Rht-Dlb)會與高溫環(huán)境發(fā)生相互作用從而導致小穗育性降低，產(chǎn)量 下降(Law， 1985Cambridge， UK， pp :69-71 ;Milach， Crop Science, 1997,45 :12-15)。因此 限制了這些基因在西歐，尤其是地中海國家的應用。后來發(fā)現(xiàn)來自赤小麥的矮稈基因Rht8、 Rht9在減數(shù)分裂期遭遇高溫環(huán)境不會導致育性降低，從而使得Rht8、Rht9基因在該地區(qū)得 到較廣泛的應用。除了 Rhtl (Rht-Blb) 、Rht2(Rht-Dlb) 、Rht8和Rht9夕卜，Rht3 (Rht-Blc)、 RhtlO(Rht-Dlc)和Rhtl2由于它們具有強烈的降稈能力，一般不能夠直接在常規(guī)育種上應 用，但可以作為一種形態(tài)標記。 矮敗小麥就是具有矮稈基因控制的矮稈性狀標記的顯性核不育材料(劉秉華，作 物學報，1994，20(3) :306-309)。在矮敗小麥中，顯性雄性不育基因Ms2太谷核不育基因與 顯性矮稈基因RhtlO(Rht-Dlc)緊密連鎖，其連鎖交換值僅為0. 18(劉秉華，1994)。利用 矮稈性狀在后代中可以很方便的檢測出不育株和可育株，在輪回選擇和矮化育種中有著重 要的應用價值。傅大雄等(21世紀小麥遺傳育種國際研討會論文集鄭州，2001 :288-292) 研究指出，就致矮能力而論，無論Rht3(Rht-Blc)還是RhtlO(Rht-Dlc)都適用于雜交小 麥育種，且極度矮化的大拇指矮、矮變1號僅是Rht3(Rht-Blc)和RhtlO(Rht-Dlc)基因 在自然界的特殊形式，核遺傳背景可以大量的影響含Rht3 (Rht-B 1 c)和Rht 10 (Rht-D 1 c) 基因矮源的株高表型，并提出小麥顯性矮稈基因"成長"的概念，從而說明Rht3(Rht-Blc) 和RhtlO(Rht-Dlc)基因也可在小麥常規(guī)育種中得到利用。周文春等(華北農(nóng)學報，1998， 13(4) :14-19)研究指出，小麥Rht3(Rht-Blc)矮稈系雜種Fl粒重具有較強的優(yōu)勢。Rht4、 Rht5、 Rht6、 Rht7由于沒有打破降稈與產(chǎn)量間的不利連鎖，在降低株高24-50%的同時也 同樣地降低了產(chǎn)量，從而使之缺少實際利用價值(HUML， Agril. Assoc, China, 1980， 109 : 5-16 ;Woo， WashVienna， 1969， 551-556)。
4、主要矮稈基因的分子標記研究進展 對小麥矮稈基因研究取得突破是在Allan (Crop Sci， 1989， 29 :1103-1108)、 Gale(Butterworths and Co. London. 1985， page 1-35)等發(fā)現(xiàn)某些矮稈基因?qū)Φ蜐舛鹊?GA3反應不敏感之后。不敏感矮稈小麥的矮稈特性與赤霉酸不敏感性是一因多效或控制 這兩個性狀的基因表現(xiàn)緊密連鎖，因此矮稈基因的赤霉酸反應特性就可以用作矮稈基因 的化學標記性狀。應用此標記，國內(nèi)外已鑒定出目前育種上正在應用的Rhtl (Rht-Blb)、 Rht2 (Rht-Dlb) 、Rhtls (Rht-Bld) 、Rht3 (Rht-Blc) 、Rht10 (Rht-Dlc)和Rht21等赤霉酸不敏 感基因，且可以根據(jù)這些基因的赤霉酸反應特性，準確區(qū)分分離世代的不同個體是否含有 這些矮稈基因。根據(jù)后代赤霉酸敏感性分離情況，可以判斷所含矮稈基因是處于純合還是 雜合狀態(tài)，從而減少工作量和用地面積。另外利用該標記并結(jié)合系譜分析，還可以追蹤和鑒 定育成品種中所含矮稈基因的類型。缺陷是赤霉酸處理小麥幼苗檢測，耗費時間，最大的缺 點是不能區(qū)分同對赤霉酸不敏感或同時對赤霉酸敏感的矮稈基因。 80年代以來，分子標記的迅速發(fā)展，大大促進了遺傳連鎖圖的構(gòu)建。也為小麥矮稈基因的研究提供了一個更為有效的方法和手段，目前已找到的部分小麥矮稈基因的分 子標記見表2。 B5rner等(Plant Breeding, 1993， 111 :204-216)對位于小麥4B和4D染 色體上的三個矮稈基因Rht-Bl(c4BS)、 Rht-Dlc(4BS)和Rht-Dlb(4DS)進行了分子標記， 共找到了 8個標記位點RFLP標記Xpsrl44、 Xpsr584和Xmwg634分別距Rht-Blcll. 9cM、 17. lcM和30. 6cM， SSR標記Xgwml49距Rht-Blc28. 9cM ;RFLP標記Xpsr921和Xmwg634分 別距Rht-DlcO. 8cM、和1. 5cM， SSR標記Xgwml65距Rht-Dlc28. 0cM ;SSR標記Xgwml65距 Rht-Dlb41. lcM。 Peng等(New Phytol， 2000， 146 :141-154)對小麥矮稈基因Rht-Blb和 Rht-Dlb進行測序時發(fā)現(xiàn)，這兩個同源突變基因與其野生型Rht-Bla和Rht-Dla基因存在一 個堿基的差異。Ellis等(2002)根據(jù)小麥矮稈基因Rht-Blb和Rht-Dlb這兩個同源突變基 因與其野生型Rht-Bla和Rht-Dla基因存在一個堿基的差異設計了針對這兩個同源矮稈基 因的野生與突變型基因序列做特異性標記，各得到一條上述四個基因?qū)?37bp、254bp、 237bp和264bp片段的特異性電泳帶，該四個片段是Rht-Bla、Rht-Blb、Rht-Dla和Rht-Dlb 矮稈基因特異性片段，可用于Rht-Blb和Rht-Dlb的鑒定。楊松杰等利用Ellis設計的小麥 矮稈基因Rht-Dlb的2對特異分子標記DF和MR2、DF和WR2檢測了我國主要麥區(qū)432份主 栽品種和高代品系中的矮稈基因Rht-Dlb。慕美財?shù)?分子植物育種，2005，3(4) :473-478) 同樣利用Ellis設計小麥矮稈基因Rht-Blb、 Rht-Dlb的4對特異分子標記NH-BF和MRl、 NH-BF和WR1. 2、 DF和MR2、 DF和WR2，對山東小麥品種中矮稈基因Rht-Blb、 Rht-Dlb的分 布情況進行了分子標記鑒定。Korzun等(Theor. Appl. Genet. 1998， 96 (8) :1104-1109)利 用114個F2代單株，應用SSR標記定位了 3個與Rhtl2基因有關(guān)的標記Xgwm291，Xgwm410 和Xgwml79，其中Rhtl2與Xgwm291相距5. 4cM，與Xgwm410相距11. OcM ;應用RFLP標記 定位了 4個與Rhtl2有關(guān)的位點Xpsr201， Xwgxl14， Xpsrl64， Xmwg616，其中Rhtl2基因與 Xpsrl201相距15. lcM ;還找到一個與Rht8有關(guān)的位點麗S261，與該標記僅有0. 6cM，成為 Rht8的特異性鑒定標記。Ahmad等利用該標記鑒定了不同國家的71份小麥材料，確定了 麗S261標記位點的不同片段在這些國家的分布頻率。 周陽等(作物學報，2003，29(6) :810-814)也利用微衛(wèi)星Xgwm261標記對中國小 麥主產(chǎn)區(qū)近30年小麥主栽品種和我國主要麥區(qū)432份主栽品種和高代品系進行了 Rht8矮 稈基因的鑒定。萬平等(遺傳學報，2001，28(11) :1028-1033)利用RAPD和RFLP分析了 Rht3 (Rht-Blc)的近等基因系及其分離群體，結(jié)果發(fā)現(xiàn)RAPD標記S10601900和S10602000 擴增片段與Rht3(Rht-Blc)連鎖，遺傳距離分別為7. lcM和9. 2cM ;RFLP探針Xpsr584與 Rht3(Rht-Blc)基因連鎖，遺傳距離為8.0cM。李素燕等(中國農(nóng)業(yè)科學院碩士學位論文， 2003， 12-15)以兩種遺傳背景的西南02、西南05株高近等基因系，京411株高、育性近等 基因系為材料，利用保守序列PCR擴增的方法，分離克隆株高相關(guān)基因，并最終分離克隆 RhtlO(Rht-Dlc)矮稈基因。于東海等(山東農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版)，2006，37(3): 359-362)以小麥-長穗偃麥草矮稈易位系山農(nóng)31504-1和高稈小麥種質(zhì)系山農(nóng)298的F2 群體為材料，利用RAPD-SSR法對來自長穗偃麥草的矮稈基因進行了定位，結(jié)果發(fā)現(xiàn)RAPD標 記S152與目標矮稈基因連鎖，遺傳距離為10. 73±3. 31cM。
表2部分小麥矮稈基因的分子標記基因/qtl標記類型(數(shù)目)標記名稱(染色體)連鐨傻
RFLP (1)加尸14"B (4BS)13.2cM
RFLP (1)敬aMB (4BS)0.05 cM
及似-D肌P (1)JTgtt5784D (4DS)1ScM
RFLP (1)砂a211-4D "BS)0.2 cM
QTLssr (1)■STgwnll3 (4BS)0.278 cM
她ssr (1)WMS368 (4B)15.3cM
及紐8麗S261
及fe-B lbSTS (1)BF-MR
及to-D lbsts U)DF-ME12
ssr (3)Zgw附291 (5AU5.4cM
Xgw加410 (5AL)ll.OcM
;srgw挑n9 (sal》—
RFLP (4)J5wrl201 (5AL)15.1cM
JSfwgml14 (5AL)
JQw"64 (5AL)
—X兩wg616 (5AL)
權(quán)利要求
小麥矮稈基因研究和利用進展，是通過下述方法進行的1)、常用矮稈基因及分布在已知的小麥矮稈基因中，應用范圍最廣的是來自農(nóng)林10號和赤小麥的Rht1(Rht-B1b)和Rht2(Rht-D1b)和Rht8、Rht9四個矮稈基因，它們約在世界90％以上的矮稈和半矮稈品種中得到應用，日本的赤小麥(Akagomugi)和達摩麥(Daruma)在世界小麥矮化育種中應用最為廣泛，意大利育種家Strampelli N用1911年從日本引進的赤小麥作為早熟矮稈親本，育成了一系列中稈推廣品種，如中農(nóng)28、南大2419、阿夫、阿勃和矮粒多等，由于這些品種的株高適度、產(chǎn)量高、適應性強，迅速成為意大利小麥育種的骨干，而且許多國家直接引進作為生產(chǎn)種或者作為種質(zhì)資源培育新的品種，1935年日本利用達摩麥育成農(nóng)林10號后，美國、印度、巴基斯坦、澳大利亞等國家利用它育成大量品種，到上世紀60年代，一大批以矮稈小麥為代表的作物新品種的育成和大面積推廣大幅度提高了世界的糧食產(chǎn)量，使工業(yè)革命與農(nóng)業(yè)的科技進步得到了有機結(jié)合，在全球范圍內(nèi)成功引發(fā)了一場農(nóng)業(yè)“綠色革命”，原產(chǎn)我國西藏的大拇指矮及從地方品種矮稈早中發(fā)現(xiàn)的自然突變系矮變1號、非洲的奧爾森矮等都含有主效矮稈基因，但還沒有在育種中得到有效利用。我國常用矮稈基因有Rht1(Rht-B1b)、Rht2(Rht-D1b)和Rht8；賈繼增等采用系譜分析和外源赤霉酸反應相結(jié)合的方法，對我國小麥的主要矮源與矮稈親本進行了研究，認為我國小麥育成品種的矮源主要有4個(1)Daruma，以水源86(朝鮮)和農(nóng)林10號(日本)為代表的具Rht1(Rht-B1b)和Rht2(Rht-D1b)兩對赤霉酸不敏感基因，(2)Saitama27，以St2422/464為代表的具一對弱的赤霉酸不敏感基因Rht1s(Rht-B1d)，(3)輝縣紅和蚰包為一類，具有一對赤霉酸不敏感基因Rht2(Rht-D1b)，(4)赤小麥，以阿夫為代表，具Rht8和(或)Rht9一對或兩對赤霉酸敏感矮稈基因。生產(chǎn)上推廣的92個矮稈和半矮稈品種中有23個品種含有水源86血緣，占總數(shù)的25％；24個品種的矮稈親本含有St2422/464血緣，占總數(shù)的26％；15個品種的矮稈親本具有農(nóng)林10號血緣，占16％；9個品種的矮稈親本含有蚰包的血緣，約占10％；11個品種的矮稈親本含有輝縣紅血緣，占13％；另外，有9個是人工誘變產(chǎn)生的，約占10％；郭保宏等通過矮稈基因等位性測驗法和矮稈品種赤霉酸反應鑒定與系譜分析法相結(jié)合，分析了我國46個矮稈小麥品種所攜帶的赤霉酸不敏感矮稈基因。發(fā)現(xiàn)Rht1(Rht-B1b)基因型有11個，占24％；Rht2(Rht-D1b)基因型有32個，占69％；Rht1(Rht-B1b)+Rht(2Rht-D1b)基因型有3個，占7％，但我國生產(chǎn)上種植的矮稈品種不含Rht(1Rht-B1b)+Rht2(Rht-D1b)基因型；郭保宏等利用赤霉酸不敏感性作為矮稈基因的遺傳標記，通過系譜分析和基因等位性測驗，認定了我國76個優(yōu)良矮稈小麥品種或材料的赤霉酸不敏感矮稈基因，研究發(fā)現(xiàn)，Rht1(Rht-B1b)基因型的占21％；Rht2(Rht-D1b)基因型的占72％；Rht1(Rht-B1b)+Rht2(Rht-D1b)基因型的占7％，表明我國優(yōu)良矮稈小麥遺傳資源中，Rht2(Rht-D1b)基因型占絕對優(yōu)勢，Rht1(Rht-B1b)基因型次之，Rht1(Rht-B1b)+Rht2(Rht-D1b)基因型較少；Rht1(Rht-B1b)基因型遺傳資源主要分布在河南、陜西和河北等??；Rht2(Rht-D1b)基因型遺傳資源以山東最多，河北、河南和北京次之，其它省較少；Rht(2Rht-D1b)基因在生產(chǎn)上的累計推廣面積為Rht(1Rht-B1b)的2倍；Rht1(Rht-B1b)基因在生產(chǎn)上的累計推廣面積以河南最多，安徽、江蘇和陜西次之，其它省較少；Rht2(Rht-D1b)基因以山東累計推廣面積最大，河南次之，江蘇也有較大面積，其它省較少，但它們的利用與育種密切相關(guān)，因此，Rht1(Rht-B1b)和Rht2(Rht-D1b)在我國的利用可能沒有特殊的地域性；2)、矮稈基因在小麥遺傳改良中的利用a、矮稈基因的作用矮稈基因的主要作用是降低小麥株高。降稈能力的大小用矮稈基因的降稈強度表示，即引入矮稈基因后株高降低的百分比表示，多數(shù)研究表明，Rht3(Rht-B1c)屬于強降稈基因，降稈強度為46％；Rht1(Rht-B1b)和Rht2(Rht-D1b)屬于中等強度的矮稈基因，降稈強度為23％左右；Rht1s(Rht-B1d)為弱降稈基因，僅減少株高11％、降稈強度為69％，為已知矮稈基因中降稈能力最強的基因；Rht12是一個表現(xiàn)顯性的矮稈基因，降稈強度為46％，僅次于Rht-B1c和Rht-D1c，F(xiàn)lintham等的研究表明，降低株高的能力由強到弱依次為Rht-B1c+Rht-D1b＞Rht-B1c＞Rht-B1b+Rht-D1b＞Rht-D1b＞Rht-B1b，分別為59％、50％、42％、17％和14％，Rht8屬于弱降稈基因；株高與小麥其它農(nóng)藝性狀，特別與產(chǎn)量性狀的關(guān)系是遺傳育種工作者研究的重要課題之一，20世紀80年代以來國內(nèi)外學者采用近等基因系、加倍單倍體、染色體代換、單體分析和重組自交系等不同方法，對不同單個矮稈基因和矮稈基因組合類型在不同環(huán)境下的冬、春小麥株高與產(chǎn)量和穗部性狀的關(guān)系等方面進行了大量研究，結(jié)果表明，冬性小麥中雙基因矮稈基因型(Rht-B1b+Rht-D1b)的產(chǎn)量高于相同遺傳背景的高稈基因型(Rht-B1bRht-B1b+Rht-D1bRht-D1b)2％，但低于單基因的矮稈基因型(Rht-B1bRht-B1b或Rht-D1bRht-D1b)14％；具有單個矮稈基因的矮稈系與同背景的高稈系相比，分蘗數(shù)增加，小穗育性提高，穗粒數(shù)增加20％，籽粒大小降低，但籽粒變小不能完全抵消粒數(shù)增加的效應，總體對產(chǎn)量提高有利，但在春麥中，高稈系的產(chǎn)量顯著高于單基因半矮稈系(14.5％)，單基因半矮稈系產(chǎn)量高于雙基因矮稈系(37.3％)，主要原因是高稈品系的穗粒數(shù)多，分別較半矮稈系和矮稈系多12.7％和57.5％，Rht-B1b、Rht-D1b、Rht-B1c三個矮稈基因都使春小麥生物產(chǎn)量降低，Rht-B1b和Rht-D1b減少分蘗，Rht-B1c不但減少分蘗，同時還減少穗粒數(shù)和降低千粒重；Worland等認為，普通小麥中多數(shù)矮稈基因與產(chǎn)量存在不同程度的負相關(guān)，如Rht4、Rht5、Rht6和Rht7等既強烈降低株高(24-50％)，又降低籽粒產(chǎn)量，通過上述分析可以看出，矮稈基因與株高降低以及其它性狀有密切關(guān)系，不同的主效矮稈基因所影響的性狀不盡相同，程度也有所差別；b、主要矮稈基因的利用一般來講，小麥的矮化育種包括兩個方面一是將矮稈基因用于常規(guī)育種，通常利用顯性或隱性矮稈基因；二是利用顯性矮稈基因控制雜種小麥的株高，即降低雜種F1的株高，使雜交種在生產(chǎn)上大面積種植時不易倒伏，從而達到高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的目的；研究表明，小麥株高的降低與產(chǎn)量的降低有很強的遺傳關(guān)聯(lián)性，一個小麥矮稈基因若有商業(yè)價值，它必須能夠打破株高與產(chǎn)量間的負向關(guān)聯(lián)性，并使降低株高和增加產(chǎn)量組合在一起，或者至少也應在降低株高的同時對產(chǎn)量無影響，但到現(xiàn)在為止，只有少數(shù)幾個矮稈基因能夠打破這種不利的關(guān)聯(lián)性，它們主要位于普通小麥的第四同源群染色體上，特別是來源于農(nóng)林10號的Rht1(Rht-B1b)、Rht2(Rht-D1b)和來源于Saitama27的Rht1s(Rht-B1d)。Rht1(Rht-B1b)、Rht2(Rht-D1b)在降低株高達16％的同時能夠增加產(chǎn)量最高達20％。Snape(IAEA-TEDOC，1984，30771-77)等報道收獲指數(shù)的增加在很大程度上受Rht1(Rht-B1b)、Rht2(Rht-D1b)基因的影響。這幾個基因存在于世界上約90％的半矮稈小麥品種中，為小麥矮化育種作出了巨大的貢獻。但含Rht1(Rht-B1b)、Rht2(Rht-D1b)的小麥若在減數(shù)分裂期遭遇高溫，這時矮稈基因Rht1(Rht-B1b)、Rht2(Rht-D1b)會與高溫環(huán)境發(fā)生相互作用從而導致小穗育性降低，產(chǎn)量下降，因此限制了這些基因在西歐，尤其是地中海國家的應用。后來發(fā)現(xiàn)來自赤小麥的矮稈基因Rht8、Rht9在減數(shù)分裂期遭遇高溫環(huán)境不會導致育性降低，從而使得Rht8、Rht9基因在該地區(qū)得到較廣泛的應用。除了Rht1(Rht-B1b)、Rht2(Rht-D1b)、Rht8和Rht9外，Rht3(Rht-B1c)、Rht10(Rht-D1c)和Rht12由于它們具有強烈的降稈能力，一般不能夠直接在常規(guī)育種上應用，但可以作為一種形態(tài)標記；矮敗小麥就是具有矮稈基因控制的矮稈性狀標記的顯性核不育材料，在矮敗小麥中，顯性雄性不育基因Ms2太谷核不育基因與顯性矮稈基因Rht10(Rht-D1c)緊密連鎖，其連鎖交換值僅為0.18，利用矮稈性狀在后代中可以很方便的檢測出不育株和可育株，在輪回選擇和矮化育種中有著重要的應用價值，傅大雄等(21世紀小麥遺傳育種國際研討會論文集鄭州，2001288-292)研究指出，就致矮能力而論，無論Rht3(Rht-B1c)還是Rht10(Rht-D1c)都適用于雜交小麥育種，且極度矮化的大拇指矮、矮變1號僅是Rht3(Rht-B1c)和Rht10(Rht-D1c)基因在自然界的特殊形式，核遺傳背景可以大量的影響含Rht3(Rht-B1c)和Rht10(Rht-D1c)基因矮源的株高表型，并提出小麥顯性矮稈基因“成長”的概念，從而說明Rht3(Rht-B1c)和Rht10(Rht-D1c)基因也可在小麥常規(guī)育種中得到利用，周文春等研究指出，小麥Rht3(Rht-B1c)矮稈系雜種F1粒重具有較強的優(yōu)勢。Rht4、Rht5、Rht6、Rht7由于沒有打破降稈與產(chǎn)量間的不利連鎖，在降低株高24-50％的同時也同樣地降低了產(chǎn)量，從而使之缺少實際利用價值；3)、主要矮稈基因的分子標記研究進展對小麥矮稈基因研究取得突破是在Allan、Gale等發(fā)現(xiàn)某些矮稈基因?qū)Φ蜐舛鹊腉A3反應不敏感之后，不敏感矮稈小麥的矮稈特性與赤霉酸不敏感性是一因多效或控制這兩個性狀的基因表現(xiàn)緊密連鎖，因此矮稈基因的赤霉酸反應特性就可以用作矮稈基因的化學標記性狀，應用此標記，國內(nèi)外已鑒定出目前育種上正在應用的Rht1(Rht-B1b)、Rht2(Rht-D1b)、Rht1s(Rht-B1d)、Rht3(Rht-B1c)、Rht10(Rht-D1c)和Rht21等赤霉酸不敏感基因，且可以根據(jù)這些基因的赤霉酸反應特性，準確區(qū)分分離世代的不同個體是否含有這些矮稈基因，根據(jù)后代赤霉酸敏感性分離情況，可以判斷所含矮稈基因是處于純合還是雜合狀態(tài)，從而減少工作量和用地面積，另外利用該標記并結(jié)合系譜分析，還可以追蹤和鑒定育成品種中所含矮稈基因的類型，缺陷是赤霉酸處理小麥幼苗檢測，耗費時間，最大的缺點是不能區(qū)分同對赤霉酸不敏感或同時對赤霉酸敏感的矮稈基因；80年代以來，分子標記的迅速發(fā)展，大大促進了遺傳連鎖圖的構(gòu)建，也為小麥矮稈基因的研究提供了一個更為有效的方法和手段，目前已找到的部分小麥矮稈基因的分子標記見表2；等對位于小麥4B和4D染色體上的三個矮稈基因Rht-B1(c4BS)、Rht-D1c(4BS)和Rht-D1b(4DS)進行了分子標記，共找到了8個標記位點RFLP標記Xpsr144、Xpsr584和Xmwg634分別距Rht-B1c11.9cM、17.1cM和30.6cM，SSR標記Xgwm149距Rht-B1c28.9cM；RFLP標記Xpsr921和Xmwg634分別距Rht-D1c0.8cM、和1.5cM，SSR標記Xgwm165距Rht-D1c28.0cM；SSR標記Xgwm165距Rht-D1b41.1cM，Peng等(New Phytol，2000，146141-154)對小麥矮稈基因Rht-B1b和Rht-D1b進行測序時發(fā)現(xiàn)，這兩個同源突變基因與其野生型Rht-B1a和Rht-D1a基因存在一個堿基的差異，Ellis等(2002)根據(jù)小麥矮稈基因Rht-B1b和Rht-D1b這兩個同源突變基因與其野生型Rht-B1a和Rht-D1a基因存在一個堿基的差異設計了針對這兩個同源矮稈基因的野生與突變型基因序列做特異性標記，各得到一條上述四個基因?qū)?37bp、254bp、237bp和264bp片段的特異性電泳帶，該四個片段是Rht-B1a、Rht-B1b、Rht-D1a和Rht-D1b矮稈基因特異性片段，可用于Rht-B1b和Rht-D1b的鑒定；楊松杰等利用Ellis設計的小麥矮稈基因Rht-D1b的2對特異分子標記DF和MR2、DF和WR2檢測了我國主要麥區(qū)432份主栽品種和高代品系中的矮稈基因Rht-D1b；慕美財?shù)韧瑯永肊llis設計小麥矮稈基因Rht-B1b、Rht-D1b的4對特異分子標記NH-BF和MR1、NH-BF和WR1.2、DF和MR2、DF和WR2，對山東小麥品種中矮稈基因Rht-B1b、Rht-D1b的分布情況進行了分子標記鑒定。Korzun等(Theor.Appl.Genet.1998，96(8)1104-1109)利用114個F2代單株，應用SSR標記定位了3個與Rht12基因有關(guān)的標記Xgwm291，Xgwm410和Xgwm179，其中Rht12與Xgwm291相距5.4cM，與Xgwm410相距11.0cM；應用RFLP標記定位了4個與Rht12有關(guān)的位點Xpsr201，Xwgx114，Xpsr164，Xmwg616，其中Rht12基因與Xpsr1201相距15.1cM；還找到一個與Rht8有關(guān)的位點WMS261，與該標記僅有0.6cM，成為Rht8的特異性鑒定標記，Ahmad等利用該標記鑒定了不同國家的71份小麥材料，確定了WMS261標記位點的不同片段在這些國家的分布頻率；周陽等也利用微衛(wèi)星Xgwm261標記對中國小麥主產(chǎn)區(qū)近30年小麥主栽品種和我國主要麥區(qū)432份主栽品種和高代品系進行了Rht8矮稈基因的鑒定，萬平等利用RAPD和RFLP分析了Rht3(Rht-B1c)的近等基因系及其分離群體，結(jié)果發(fā)現(xiàn)RAPD標記S10601900和S10602000擴增片段與Rht3(Rht-B1c)連鎖，遺傳距離分別為7.1cM和9.2cM；RFLP探針Xpsr584與Rht3(Rht-B1c)基因連鎖，遺傳距離為8.0cM，李素燕等以兩種遺傳背景的西南02、西南05株高近等基因系，京411株高、育性近等基因系為材料，利用保守序列PCR擴增的方法，分離克隆株高相關(guān)基因，并最終分離克隆Rht10(Rht-D1c)矮稈基因；于東海等以小麥-長穗偃麥草矮稈易位系山農(nóng)31504-1和高稈小麥種質(zhì)系山農(nóng)298的F2群體為材料，利用RAPD-SSR法對來自長穗偃麥草的矮稈基因進行了定位，結(jié)果發(fā)現(xiàn)RAPD標記S152與目標矮稈基因連鎖，遺傳距離為10.73±3.31cM。F2008101602949C0000041.tif
全文摘要
目前人們普遍使用的是攜帶Rht1、Rht2、Rht8、Rht9等隱性矮稈基因的親本。由于育種過程中過分集中的使用這些親本，使得小麥育成品種的基礎日益狹窄，遺傳變異貧乏，對各種不良環(huán)境的抵御能力下降，且目前小麥育種中應用的矮稈親本在不同程度上都具有早衰和籽粒蛋白質(zhì)含量降低等缺陷。因此，創(chuàng)造和發(fā)現(xiàn)新的矮源顯得尤為重要，同時也應注意矮稈背景基因型的改造，如能找到既具有農(nóng)林10號或赤小麥矮稈基因的優(yōu)點又兼具顯性或部分顯性遺傳效應的新矮源，將會在生產(chǎn)上得到更大的利用。研究表明，小麥的野生近緣屬植物中蘊藏著極為豐富的遺傳變異，通過遠緣雜交等方法將其優(yōu)良基因?qū)胄←湥貙捫←湹倪z傳基礎，豐富小麥的遺傳多樣性，是進行小麥遺傳改良的有效途徑和重要方向。
文檔編號A01H5/00GK101760510SQ20081016029
公開日2010年6月30日 申請日期2008年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日
發(fā)明者李祥 申請人:李祥