作物种质资源.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流作物种质资源.精品文档.作物种质资源是作物育种及其它相关学科的生命物质基础。作物种质资源的核心是其所携带的基因，种质资源中优异基因的发掘可使农业生产取得突破性进展，举世闻名的第一次“绿色革命”就源于小麦与水稻种质资源中几个矮秆基因的开发与利用。世界各国历来对小麦基因发掘十分重视，迄今为止，共鉴定出各类新基因915个，其中质量性状基因770个，数量性状基因（QTL）145个。我国小麦种质资源丰富，但新基因发掘方面的研究却远远落后于发达国家，1998年前我国发掘的小麦新基因尚不足5个。进入二十一世纪以来，随着我国人口的增加、人们生活水平的提高，未来要求我们在更少的土地上，使用尽可能少的化肥、农药及有限的水资源，生产出更多、更好的粮食。实现以“少投入、多产出、促进健康、保护环境”为主要目标的新的“绿色革命”。鉴定并克隆我国丰富的种质资源中重要的农艺性状基因，明确其功能及利用价值，是实现这一目标的基础与关键，同时也是保护我国农业基因资源及促进农业生物技术产业化的迫切需要。当前植物基因组学的飞速发展，植物基因组学与种质资源的结合正在形成一个“基于基因组学的种质资源研究”的新领域。本研究旨在利用植物基因组学的有力工具，发掘我国丰富种质资源中蕴藏着的宝贵基因，促使新的“绿色革命”尽快在我国实现。拟解决的科学问题是如何快速、高效地进行作物种质资源新基因发掘，从而解决我国小麦育种中目标基因贫乏的严重问题。一、计划任务完成情况1研究计划1.1 发现营养高效及高产相关基因3-5个，其中包括磷高效、氮高效、高光效与强秆相关基因等。1.2 发现新的抗病基因3-5个。1.3 发现新的抗逆基因2-3个。1.4 发现新的优质蛋白或优质淀粉基因。对上述基因进行定位、作图与标记，提供育种单位利用。1.5 发表学报级论文6-8篇，其中SCI收录3-5篇。2完成情况筛选出各类优异种质资源83份，其中磷高效种质资源38份，氮高效7份，抗旱种质资源12份，抗病种质资源22份，抗光氧化材料4份。这些优异种质是从数万份种质资源中筛选出的“精品”。用筛选出的各类优异种质资源，共构建了永久作图群体27个，另有311个永久作图群体正在构建中，其中有48个为F5代，有115个为F4代。本课题还培育出抗病、早熟、株高等不同性状的“表现型”近等基因系47个，具不同基因等位变异的“基因型”近等基因系9个，正在培育的近等基因系数千个。共发现了与营养高效、抗旱、抗病、优质相关的基因/QTL 205个（尚未正式命名），这些基因/QTL为我国分子育种与常规育种提供一批迫切需要的新基因及其分子标记。2.1优异种质资源的筛选种质资源的筛选鉴定是发现新基因的基础。根据我国小麦育种的需求，利用我们拥有的丰富种质资源，重点进行了小麦营养高效（氮、磷高效）、抗病（赤霉病,纹枯病）、抗逆（抗旱、抗盐）、品质及高产种质资源的筛选，共筛选出目标性状优于对照的各类种质资源83份。2.1.1营养高效种质资源的筛选提出用处理条件下性状的绝对值、处理与对照的比值（系数）2个参数评价种质资源营养高效利用与抗旱性。从500多个小麦材料中筛选出951165-1166，烟7951-2537等38个“磷高效”小麦品种(系)。根据4年的试验结果综合评价，筛选出一些可在低氮条件下仍可获得较高产量的氮高效品种，如科农9204、烟中144、6154和8602等4份材料。同时还筛选出一些可高效吸收氮素的小麦品种（系），如科农9204、烟中144和小偃54等3份材料。2.1.2抗旱种质资源的筛选对650份小麦材料进行苗期抗旱性鉴定，筛选出31份强抗性（一级）材料。对200份苗期抗旱性为一、二级的材料进行全生育期抗旱性鉴定，筛选出8份强抗性（一级）材料，2份水分敏感材料。此外筛选到4份抗旱小麦野生近缘种材料。2.1.3抗病种质资源的筛选对240份小麦种质资源进行了抗纹枯病鉴定，共筛选出抗性优于对照品种山红麦的材料11份，包括6份农家种，5份国外引进品种。对70份小麦野生亲缘物种和150份引进的小麦种质进行了赤霉病抗性鉴定，发现了11份抗性相当于或接近著名抗赤霉病品种苏麦3号小麦种质，例如申9204、宁8547、叶子黄、本地红麦等。2.1.4高光能利用率种质资源的筛选参考在水稻上建立的简易测定方法，在低CO2, 低O2和中等光强条件下对30个不同小麦品种进行了筛选，筛出抗光氧化的材料有：小偃54、西植小偃22、鲁麦8055、90230等4份材料；不抗光氧化有：94028、中国春、旱选、京冬8号、原冬9428、京411。2.2作图群体与近等基因系的培育作图群体既是发现新基因的材料基础，同时也是进行植物基因组研究的材料基础。永久作图群体包括重组近交系（RIL）与加倍单倍体（DH）。这类群体不仅可用于质量性状基因鉴定,而且还可用于数量性状基因鉴定。由于主要农艺性状如产量性状、品质、抗逆性等都表现为数量性状，因此培育永久作图群体更为重要。不同的目标基因存在于不同的材料中，作物育种所涉及的基因种类与数目很多，这就要求培育大批量的永久作图群体。然而培育永久作图群体工作量大，周期长。近十多年来，世界各国培育的各类小麦永久作图群体合计约数十个，且大部分尚未交换。永久作图群体的不足已成为大规模发掘新基因的重要限制因素之一。为了发现本项目的目标基因，在种质资源大量筛选的基础上，我们完成了27个永久作图群体的培育，其中RIL群体23个，DH群体4个（表1）。特别指出的是这些作图群体的亲本大都是从上万份种质资源中筛选出来的“精品”，作图群体的数目多在100个以上，最高达1000多株。进一步的研究表明，这些作图群体的大部分性状与标记都符合正态分布，质量较高，符合QTL作图的需要。为了解决RIL永久作图群体培育周期长的问题，我们从数万份小麦种质资源中筛选出一份极早熟且农艺性状优良的材料，利用该材料分别与我国小麦的主栽品种、骨干亲本、地方品种、国外品种与人工合成种杂交，共配制杂交组合311个，目前F1-F6各世代的组合数分别为47，70，27，115，48，与4个。这些作图群体具有以下特点： （1）作图群体数量大，所选亲本具有广泛的遗传多样性与代表性，可对全部农艺性状基因进行作图与标记，进而发现一大批重要农艺性状新基因，其中包括在我国小麦育种中曾产生重要作用的基因。以每个群体平均发现2-3个新基因计算，使用这些群体至少可发现600-900个新基因。（2）群体的亲本包括重要应用价值与理论价值的材料，其中包括我国主要麦区不同时期推广面积最大的品种，我国小麦育种的10大骨干亲本，小麦遗传研究的模式品种“中国春”以及具各类目标性状的宝贵种质，因而利用这批作图群体不仅可发掘出我国小麦育种上迫切需要的基因，而且可用于研究我国小麦育种骨干亲本的遗传效应。（3）由于所有群体具有一个共同亲本，对位点相同的组合可合并使用，合并后的群体数目大，可用于基因克隆。（4）组合中有一个农艺性状优良的亲本，因而在其自交后代特别是回交后代中可选出综合农艺性状优良的品系甚至品种。目前已选出一批优良品系，参加品种比较试验。表1 已构建的永久作图群体群体组合群体类型（世代）群体大小目标性状阿夫 x 望水白RIL190抗赤霉病阿夫 x 苏麦3号、RIL400抗赤霉病南大2419 x 苏麦3RIL400抗赤霉病南大2419 x 望水白RIL1000抗赤霉病山红麦/温麦6号RIL116抗纹枯病和尚麦/豫麦18RIL135抗条锈病，产量，早熟鲁麦21/红秃头RIL166抗条锈病，产量旱选10号/鲁麦14 DH150抗旱，高效，产量茶淀红/莱州953RIL100抗盐种49/宁麦3号RIL115耐湿洛夫林10号/中国春DH180磷高效小偃54/京411RIL282优质，产量蚰子麦/百农3217RIL179产量成都光头/百农3217RIL140产量W924142-1/蚂蚱麦RIL205产量W924142-1/早洋麦RIL150产量W924142-1/碧玉麦RIL318产量Am1/莱州953RIL105抗白粉病品冬42-5/莱州953RIL106大粒品冬42-5/90022-1RIL136大穗大粒950299-2/90022-1RIL146大穗大粒偃展1号/豫麦18RIL120高产，早熟，抗病偃展1号/SIRMIONERIL78多粒，早熟，抗病偃展1号/内乡188RIL198高产优质，早熟，抗病偃展1号/OwensRIL99饼干小麦，早熟，抗病中优9507/CA9632DH71小麦品质H1488/CA9613DH113秆强近等基因系是进行新基因发掘的另一类遗传材料。此前国际上报道的小麦近等基因系共计143个，其中没有我国培育的近等基因系。通过回交与高代分离群体选择的方法，本课题共选育出47个近等基因系，其中株高近等基因系7个，熟期近等基因系3个，磷高效近等基因系1个（图1），抗病近等基因系35个，叶色近等基因系1个。上述近等基因系大部分为QTL-NIL，这些近等基因系的培育将在QTL基因克隆中产生重要作用。以往的近等基因系都是通过表型差异来选育的，我们将这种近等基因系称为表现型近等基因系，简称P-NILs。另外尚有110个随机选择的回交高代品系，目前在已鉴定的形态性状中虽未发现其差异，但用COS(conserved othologous set) 标记检测发现了49个选系在9个基因位点存在结构变异。我们将这种基因结构变异的近等基因系称为基因型近等基因系（G-NILs）。使用G-NILs 并与其它方法相结合，将有可能开辟一条发掘新基因的新途径。 +P P +P -P磷高效家系20A 磷低效家系20B图1.磷高效拟-近等基因系在高、低磷土壤中的生长情况2.3小麦重要农艺性状基因的发掘重要的农艺性状基因大多为数量性状基因（QTL）。由于研究技术的限制，90年代之前，小麦上未见有数量性状基因的报道。分子作图促进了小麦数量性状基因的研究并取得了突破性的进展，此前国际上发掘的小麦QTL共计132个，没有我国报道的小麦QTL。根据“少投入、多产出、促进健康、保护环境”的宗旨，我们重点进行了营养高效、抗旱、抗倒、抗病及品质等育种目标性状基因的研究，共发掘出各类QTL198个，质量性状基因7个。2.3.1营养高效相关基因发掘我国人均耕地面积仅为世界平均数的1/7。为了获得尽可能高的单位面积产量以满足我国的粮食需求，近20年来，氮、磷肥用量快速增加，氮（N）、磷(P2O5)肥年施用量分别达到2400和1200万吨以上，占世界用量的28.6%和37%。其中约一半的磷肥需要进口。我国农田的氮肥利用率平均只有28-41%，多数未被农作物利用而进入环境，既造成了重大的经济损失，又引起了严重的环境问题。如能发掘小麦的氮、磷高效基因，将可促进氮、磷高效小麦品种的选育。小麦氮高效QTL分析 前期的研究结果表明，无论是低氮还是高氮土壤条件下，高效吸收氮素是小麦获得高产的重要基础，也是提高氮肥利用率、降低氮肥对环境污染的前提之一。基于“少投入、多产出、促进健康、保护环境”的考虑，我们的研究重点在于发掘在低氮条件下高效吸收氮素的基因。通过连续2年的大田试验，在低氮和高氮条件下对 “旱选10号×鲁麦14”DH群体的氮效率进行分析，结果表明，有3个控制低氮土壤条件下吸氮量的QTL位点在两年的试验结果相同，它们位于1B染色体上P3622-280P3616-310之间、3B染色体上WMC326WMC236之间、和7B染色体上WMC526WMC273之间，分别命名为Nup1, Nup2,和Nup3。这3位点并不与高氮条件下控制吸氮量的QTL位点重合，说明只在低氮条件下起作用。图2 低氮条件下小麦吸氮量及其相关性状的QTL位点。本图仅列出了低氮土壤条件下位于1B、3B、7B上的位点。Nup为吸氮量，Gw为籽粒产量，DW为生物学产量，SN为单株穗数。小麦磷高效QTL分析 在缺磷条件下，发达的根系对小麦高效吸收磷、进而获得高产是非常重要的。因此我们重点发掘在低磷条件下控制根系重量、吸磷量、以及相对产量（及其产量组成）的QTL。利用大田试验、盆栽试验、和无土栽培相结合的研究方法，我们定位了这些性状的QTL位点（图3）。在这些位点中，位于1A上WMC120-Xgwm135之间的QTL控制缺磷条件下开花期的根系重量，与此连锁的WMC20-WMC93则控制缺磷条件下成株期的吸磷量，这两个位点的LOD值分别为4.87和2.65，对相应性状的贡献率为17.9和7.5%。因此可以认为1A上此区域携有磷高效基因。我们对一套以中国春为背景的黑麦附加系进行研究证明，黑麦的1R上携有磷高效基因。说明第1同源群对小麦及其近缘种高效利用磷非常重要。通过施磷/胁迫进行各性状的QTL分析，发现有4个性状的10个位点与磷胁迫有关。其中有4个位点与分蘖有关，说明分蘖对缺磷的反应较为敏感。 图3. 磷高效基因定位2.3.2 抗逆相关基因发掘抗旱基因的定位 从2万份小麦种质资源中筛选出抗旱优异种质旱选10号，创建了DH作图群体，构建了具有395个标记的分子连锁图。分别对种子萌发期，苗期及全生育期抗旱相关基因进行遗传作图，其中全生育期进行了6个年*地点的实验，取得的结果如下：（1）对不同发育时期小麦的抗旱基因位点进行了检测，发现不同时期的抗旱基因位点各不相同。在芽期共检测到9个抗旱相关位点，分别在1B, 2B, 5A, 6B, 7A 和 7B，其中2B上的位点可以解释表型变异的27.2%。在苗期共检测到3个抗旱相关QTL位点，分别位于染色体1B、3B和7B上，其中3B上的位点可以解释表型变异的21.6%。全生育期研究发现，六个试验点干旱处理条件下共同的QTL共5个：穗长的3个QTL，即2D的Xgwm261-WMC112、5A的Xgwm304-P24M70、7A的CWM462.2-Xgwm635.2，其贡献率均在12.5%22.6%；不孕小穗数的2个QTL，即5A的Xgwm291-Xgwm410、7A的WMC83-WMC301，其贡献率均在20.6-40.5%。另外还发现了四个试验点干旱处理条件下共同的QTL 4个：4B上Xgwm495-Xgwm149区间总小穗数的QTL，7A上WMC83-WMC301区间穗粒数的QTL，6A上WMC179.1-Xpsp3071区间千粒重的QTL，4D上Xgwm192-WMC331区间株高的QTL。（2）在水分胁迫条件下发现了小麦单株穗数、穗长、总小穗数、不孕小穗数、穗粒数、千粒重、株高与单株粒重等8个性状的33个QTL位点（图4），其中单株穗数有4个，最大的为2B上的Xgwm429-P34M70.5，LOD值为4.32,可解释遗传变异的25.7%；穗粒数有6个，最大的为7A上的WMC83-WMC301,可解释变异的27.5%；千粒重有4个，其中6A上的WMC179.1-Xpsp3071,可解释变异的27.2%。但这些位点大部分与非胁迫条件下的QTL重合，说明这些位点的基因在两种情况下均能表达。仅在胁迫条件下检测到的QTL有14个。（3）用8个性状水分胁迫与非胁迫条件下的比值作为抗旱指标进行了QTL分析，发现同一性状在不同环境条件下作图位点的差异较大。只有1B上的一个单株穗数位点、2D上穗长位点、6B上的穗长位点分别在一个标记的两侧得到两次重复，这进一步说明抗旱遗传基础的复杂性。图4 水分胁迫条件下小麦单株穗数、穗长、总小穗数、不孕小穗数、穗粒数、千粒重、株高与单株粒重等性状的QTL位点耐湿性的分子标记 在F6、F7两个世代对亲本和重组自交系进行了耐湿性诱发鉴定与分子标记分析。共发现了4个耐湿性相关的QTL，其中 S1249位于染色体5A上，可解释遗传变异的10.24%；Xgwm544位于染色体5B上，可解释8.2%的表型变异；Xgwm149位于染色体4B上，可解释9.3%的表型变异；gwm558位于染色体2A上，可解释6.34%的表型变异。茎秆强度QTL定位分析 倒伏是小麦高产稳产的重要限制因素。随着产量的进一步提高，单靠降低株高已难以凑效，因此增加径秆强度就愈显重要。然而由于径秆强度属数量性状遗传，此前又缺乏准确的度量方法，因而关于小麦径秆强度的基因发掘远落后于其它性状基因的研究。本课题从大量种质资源中筛选出了高抗倒伏的强秆品种H1488（强秆），培育了DH群体，并进行了小麦茎秆强度的QTL分析。共检测到14个控制这些性状的QTLS，其中一个控制茎秆强度的QTL（qSS-1a）位于1A染色体上，可解释表型变异的18.94%，正效等位基因来源于强秆亲本H1488；4个控制髓直径的QTLS（qPD-1a，qPD-2a，qPD-3d and qPD-4b）分别位于1A，2A，3D和4B染色体上，其中qPD-1a和 qPD-3d的正效等位基因来源于CA9613，qPD-2a和qPD-4b的正效等位基因来源于H1488，qPD-1a，qPD-2a，qPD-3d and qPD-4b可分别解释表型变异的15.17%、16.35%、17.61%和15.07%；5个控制茎秆直径的QTLs（qSD-1a，qSD-3a，qSD-3b，qSD-3d and qSD-7a），正效等位基因全部来源于H1488，可分别解释表型变异的10.5%、11.78%、14.57%、22.72%和9.94%；4个控制秆壁厚度的QTLS（qST-1a，qST-3a，qST-3b and qST-3d）,其正效等位基因也全部来源于H1488，可分别解释表型变异的12.16%、13.29%、11.97%和20.65%。此结果表明，虽然强秆亲本对秆强有较大的贡献，但弱秆亲本对秆强也有一定的贡献，两个亲本均具有增强茎秆强度的基因。2.3.3抗病基因发掘抗赤霉病新基因发掘与分子标记 赤霉病是目前我国及世界许多小麦主产国的重要病害，它不仅造成小麦严重减产，而且感染赤霉病的小麦对人畜的安全造成严重危害。小麦赤霉病抗源相对贫乏，目前世界各国使用的抗源大都来自我国的小麦品种苏麦3号，抗源单一。研究发现我国小麦农家种望水白高抗赤霉病，其抗性水平与苏麦3号相当或优于苏麦3号，是一个十分宝贵的赤霉病抗源。用望水白与感病品种南大2419杂交，育成重组自交系。对重组自交系群体进行了两年的赤霉病抗扩展性鉴定，一年的抗侵入的田间鉴定，获得如下结果：（1）抗扩展性的QTL定位：通过单向方差分析，发现望水白的四个染色体区域与病小穗数(NDS)有关(P<0.01)，另两个位点表现出年度间变异（表2）。这些QTL位点分布在2B、3B、4B、6B和7A等染色体上。望水白有五个染色体区域与病穗节长度(LDR)有关，还有一个位点表现出年度间的变异。这两个性状的QTL位点相同，但在显著水平和解释的表型变异份额上有差异。这些位点中有三个位点可解释10%以上的表型变异，其中一个对病小穗数影响最大的QTL位于3BS上Xgwm533附近，一个对病穗节长度影响最大的QTL位于6B上，与Xwmc341连锁。尽管这两个性状的QTL位点在显著水平和解释的表型变异上表现出差异，但位点均相同，它们一起反映了对赤霉病的抗扩展性。在感病的南大2419中也检测出两个位点与抗扩展性有关，以位于2B的位点效应较大，并在年度间表现稳定。表2 QTLs detected for NDS and LDR by one-way ANOVA, the markers linked closest to them, and their P values and the corresponding determination coefficientsQTLsMarkersSour.NDSLDR2002200320022003 P R2(%) P R2(%)PR2(%)PR2(%)Qfhs.nau-2bs1021mN0.00198.60.00835.90.00089.90.04443.5Qfhs.nau-3bwmc054-1W0.01485.40.0493.40.00836.3Qfhs.nau-4bgwm107N0.02567.80.000417.90.075.20.094.4Qfhs.nau-6bwmc341W0.08442.80.000710.10.016.2£0.000113.4Qfhs.nau-3b/7bgwm533-3W0.0057.10.00168.6£0.000113.40.00188.4Qfhs.nau-7dbarc076W0.0724.70.002612.20.06215.00.04445.6Qfhs.nau -7A?barc126-1W0.03584.20.00657.20.06733.2Qfhs.nau -3b2barc229W0.0057.40.01885.60.01885.2（2）抗侵入性的QTL定位：在望水白中有五个染色体区域与病穗数百分率(PIS)有关（表3），其中位于5A的QTL效应最大，可解释18.4%的表型变异。这四个来自望水白的QTL一起可解释43.7%的表型变异。在南大2419中也有一染色体区段与抗侵入有关。LociMarkersSourcePR2Qfhs.nau-3a2gwm2N0.006110.1%表3.小麦抗赤霉病病小穗数QTL分析 Qfhs.nau-5abarc056W0.000118.4%Qfhs.nau-4abarc184W0.00737.0%Qfhs.nau-5bgwm408 V0.00278.7%Qfhs.nau-4bwmc181-2W0.00099.8%抗白粉病新基因发掘 白粉病是我国小麦的重要病害之一,在我国小麦主产区均大面积发生。本项目利用资源与分子标记的优势，目前已经发现了5个新基因，其中抗白粉病基因Pm32已正式命名；尚未正式命名但已证明是新基因的有4个，即来自小伞山羊草的抗白粉病基因PmU,来自高大山羊草的PmS,来自乌拉尔图小麦的PmA及来自旱麦草的PmE。特别提出的是，本研究对小麦国际作图群体(OPATA85/W7984)进行了抗白粉病鉴定,检测到一个数量性状抗病位点Qtl-Pm，该位点位于7A染色体上，可解释抗性变异的29.7%,为一个主效QTL。该群体的两个亲本均为感病亲本，说明在感病亲本中的确存在有抗病基因。这一发现不仅为发掘新的抗病基因开辟了一条新途径，而且可能为研究抗病机制提出一个新的课题。此外，本项目还将Pm2、 Pm4、Pm6、 Pm12、Pm13、Pm16、Pm18、Pm20、Pm21、Pm23等10个抗性优良的抗病基因转移到农艺性状优良的大面积推广品种中，育成了一系列的近等基因系，可以为抗病育种提供丰富的抗源。由于我们及国内兄弟单位的共同努力，我国小麦育种白粉病抗源贫乏的问题已经得到基本解决。抗纹枯病QTL分析 纹枯病是由丝核菌（Rhizoctnia）引起的一种小麦、水稻、玉米等作物的真菌病害，近年来在我国的黄淮海麦区、长江中下游麦区等小麦主产区常造成严重危害。纹枯病抗性是由数量性状基因控制，由于抗源贫乏、作图困难，因而目前国内外尚未见小麦抗纹枯病基因研究的报道。山红麦是从我国地方品种中筛选出的一份抗病种质资源，目前已用作抗病鉴定的对照品种。用该品种与我国黄淮麦区的大面积推广品种温麦6号杂交并连续自交，培育出RIL永久作图群体。利用该群体及（旱选10号/鲁麦4号）DH群体与（OPATA85/W7986）RIL群体共进行了两年三点的鉴定，获得如下结果：（1）获得21个抗纹枯病QTL位点，其中LOD值5.0以上的QTL位点13个，LOD值10.0以上的QTL位点3个。（2）在位于6B染色体Xgwm132-m61p40b区间上检测到两年温室抗病鉴定中共同的QTL位点，该位点可解释抗性变异的10.8%-14%。 在2A染色体的Xgwm512-M36P36b区间检测到北京温室和徐州抗病鉴定中重复性较好的QTL位点，该位点可解释抗性变异的11%左右。这两个位点的抗性均来自抗病亲本山红麦。（3）在所检测到的抗性位点中，既有来自抗病亲本的位点，又有来自感病亲本的位点，说明在感病亲本中存在有抗病基因。全蚀病基因标记 全蚀病是小麦的重要病害之一，普通小麦种质资源缺乏其抗源。本课题通过远缘杂交，将小麦野生近缘植物簇毛麦的抗病基因转移到小麦中，育成了抗病的小麦-簇毛麦端体附加系，并筛选出两个抗病基因的分子标记S12301500、S5101000。2.3.4优质相关性状基因的分子标记研究随着我国人们生活水平的提高，小麦的品质在育种目标中的重要性愈加突出，因而研究品质相关性状的重要性也愈加重要。利用中优9507×CA9632的DH群体进行了分子标记遗传图谱构建，并以三个地点的数据对面筋强度相关性状(SDS 沉淀值与和面仪参数)、籽粒蛋白质含量、籽粒硬度、面粉颜色、籽粒黄色素含量和籽粒PPO活性进行QTL分析。面筋强度相关性状的QTL分析 用三种QTL分析方法（简单线性回归法、区间作图法和复合区间作图法）分析表明，影响面筋强度性状（SDS-沉淀值与和面仪参数）的主效QTL是Glu-D1和Glu-B3/Gli-B1。籽粒蛋白质含量的QTL有6个，分布在1BL、2DL、5A、5D、6A和7D，其中5D和2DL上的QTL的效应略大一些，LOD值为2.6和2.7，贡献率分别为13.4%和15.5%。 籽粒硬度的QTL主要在2DL、1A、2B、4D和5D，其中 Xgwm190（5DS）对硬度的作用较大，LOD值为8.1，贡献率为32.3%。面粉(团)颜色性状的QTL分析 面粉白度L值是多基因控制的性状，主效QTL位于4D、4A和5D，LOD值分别为4.7-7.6、2.6-5.1和3.5-5.1，贡献率分别为14.8-23.4%、13.6-16.3%和10.0-16.6%。此外，1BS上也有一个效应中等的QTL，5D上硬度主效QTL位置附近存在一个效应较小的QTL。面粉黄度b*值的主效QTL位于7AL和4D，LOD值为5.5-9.1和7.4-8.1，贡献率为12.9-37.6%和18.7-21.1%。其它QTL位于1BS、1DS、2DL、3A，其中3A的效应较大，LOD值为3.4-4.5，贡献率为10.7-14.1%。此外，还存在一个位于5DS、与硬度相同的QTL。控制籽粒黄色素含量的QTL主要有三个，分别位于7AL、3DL和2DL，其中主效QTL位于7AL，LOD值8.2-9.5，贡献率为25.7-33.9%。控制籽粒PPO活性的主效QTL有两个，分别位于2AL和2DL，其中2AL上的QTL的效应大一些，LOD值为9.6-23.5，贡献率为37.9-50.0%；位于2DL上的QTL的LOD值为7.8-16.1，贡献率为25.0-29.1%。2.3.5产量形状相关基因的发掘小麦产量性状QTL分析 对旱选10号/鲁麦14 DH群体的6个年点重复的单株穗数、穗粒数、千粒重、穗长、总小穗数、不孕小穗数、株高与单株粒重等8个产量性状进行了QTL分析，分别获得了3、6、7、5、7、5、1、1个QTL（图5）。图5 旱选10号/鲁麦14 DH群体产量性状QTL定位小麦高光效基因定位 用“旱选10号×鲁麦14”DH群体作为研究对象，通过3个大田试验调查了开花期和灌浆中期（花后20天）旗叶的叶绿素含量（用SPAD-502叶绿素仪测定）、开花期旗叶重量、和花后干物质积累量（成熟期与开花期单茎干物重增加值）这5个与光和作用相关的性状。相关分析表明，旗叶的叶绿素含量、旗叶重量与花后干物质积累、穗粒重之间，以及花后干物质积累和穗粒重之间均成显著正相关，旗叶衰老速率与花后干物质积累、穗粒重成显著负相关，说明旗叶叶绿素含量高、叶片较重、且衰老慢有利于灌浆期间干物质积累，继而达到较高的穗粒重。通过比较3个试验QTL位点的异同，在两次以上试验中均检测出的QTL位点共9个（图6）。其中，位于5A上的Xgwm156-Xgwm415控制开花后干物质积累和穗粒重，与之连锁的P2470-280-Xgwm154位点控制开花期旗叶叶绿素含量，说明该区域可能对于高效利用光能并促进子粒灌浆非常重要。图6. 光合相关性状基因定位二、研究水平与创新性明确提出了基于分子作图的新基因发掘的概念（map-based gene discovery），建立其大规模的基于遗传作图的新基因发掘体系与技术平台，培育出一大批高质量的永久作图群体与近等基因系，发现了一批重要的新基因，使我国小麦新基因发掘研究取得了突破性进展。本项目的实施正在使我国进入基于遗传作图的小麦新基因发掘的世界前列。1. 筛选出一批优异种质资源，构建永久作图群体27个，另有163个即将完成。作图群体的数量超过目前世界各国报道的永久作图群体的总和。本课题提出了表型近等基因系（P-NIL）与基因型近等基因系（G-NIL）的概念，培育出抗病、早熟、株高等不同性状的“表现型”近等基因系47个，具不同基因等位变异的“基因型”近等基因系9个，正在培育的近等基因系数千个。这些作图群体与近等基因系的代表性广，包含的各类优异基因数量大，质量高，它不仅为我国大批量地进行新基因发掘奠定了基础，而且为我国的分子育种与常规育种提供优异育种亲本。2. 发现了一大批新基因/QTL。共发现了与营养高效、抗旱、抗病、优质相关的QTL/基因205个（待正式命名）。 3. 在感病、营养低效、水份敏感及弱秆品种中分别发现了抗病基因、营养高效利用基因、抗旱相关基因与强秆相关基因。这一发现证明了种质资源基因型鉴定的重要性，并将为优异基因资源鉴定开辟一条新的途径。三、项目实施效果（农业、能源、信息、资源环境、人口与健康、材料等领域的项目应重点评价研究成果预期解决国家重大需求的实质性贡献和作用；科学前沿项目应重点评价研究成果的原创性和科学价值、对学科发展的推动作用及国际影响）1初步建立起我国小麦新基因发掘的现代化技术平台，使我国小麦新基因发掘取得了突破性进展。利用该技术平台将大大加速我国小麦新基因发掘的进度，促使我国进入小麦新基因发掘的大国。这对我国小麦育种、小麦种质资源开发与保护及小麦基因组学研究具有重要的意义。2发掘出一批我国小麦育种迫切需要的重要基因，其中包括营养高效、抗逆、抗病、优质、高产等性状相关基因/QTL。其中部分基因/QTL已经应用于标记辅助育种，改良小麦品种。这些基因/QTL的应用实现或正在实现本项目提出的“少投入，多产出，保护环境”的目标，并将产生巨大的经济、社会效益。四、人才培养、合作交流、数据共享人才培养：本课题在执行期间涌现出长江学者一名，全国“5.1”劳动奖章获得者1名。培养博士后4名，博士生10名，在读博士生10名。合作交流：邀请美国、英国、澳大利亚等国学者来华进行BAC库构建、小麦遗传转化、基因芯片、新型分子标记开发等技术交流指导。两人次到英国进行了短期学术交流。有5人次参加国际植物与动物基因组大会，有4人次参加第十届国际小麦遗传学大会，有2人应邀作大会发言。数据材料共享：分子标记共享：掌握大量的分子标记是基于遗传作图进行新基因发掘的重要条件之一。小麦的分子标记数量有限，多数参加单位各自掌握的分子标记较少，成为新基因发掘的重要限制因素。通过共享分子标记有效地解决了这一难题，促进了研究工作的进展。作图群体共享：作图群体是新基因发掘的材料基础。作图群体培育的周期较长，为了解决这一难题，参加单位间通过相互交换作图群体，不仅有效地解决了这一难题，而且大大提高了作图群体及作图信息的利用效率。如中国农科院培育的作图群体“旱鲁”原本是为抗旱作图使用，通过交流，该群体极其信息被有效地用于营养高效与抗纹枯病新基因的发掘，获得了一批重要的新基因。发表论文：本课题共发表论文20篇，其中国际期刊8篇，国内核心刊物12篇，SCI收录9篇。获奖：获国家科技进步二等奖一名，省部自然科学奖一名。专利：已申报5个国家专利，申请号：03131961.0；03131963.7；03131962.9；03131960.2和03157003.8五、经费使用情况坚持专款专用的原则，经费使用基本按原预算执行。六、存在的主要问题目前虽发现了一大批QTL，但尚未正式命名，因此应抓紧时间验证、发表，以取得国际同行的认可。七、签字盖章（课题组长签字、承担单位签字盖章）