小麦面筋相关性状的主基因 多基因遗传模型分析.pdf
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1、54卷南 方 农 业 学 报 1002小麦面筋相关性状的主基因+多基因遗传模型分析姚维成1,丁明亮2,吴坤3,郭瑞1,陈琛1,温明星1,刘家俊1,邓垚1,申雪懿1,李东升1*(1江苏丘陵地区镇江农业科学研究所,江苏镇江212400;2云南省农业科学院粮食作物研究所,云南昆明650205;3镇江市丹徒区农业农村局,江苏镇江212100)摘要:【目的】通过小麦面筋相关性状的主基因+多基因遗传模型分析,探析小麦湿面筋含量、干面筋含量和面筋指数的遗传规律,为我国长江中下游麦区红皮强筋专用小麦品种选育提供理论参考。【方法】以苏麦6号扬97G59为亲本构建的双单倍体(DH)群体(共189个家系)为材料,采
2、用主基因+多基因遗传分离分析方法对小麦湿面筋含量、干面筋含量和面筋指数进行遗传模型分析。【结果】湿面筋含量在句容试点MX2-ED-A模型为最佳模型,受到2对显性上位性效应主基因和加性效应微效多基因控制,主基因遗传率为74.18%,多基因遗传率为24.35%,但在扬州试点MX2-IE-A模型为最佳模型,受到2对抑制效应主基因和加性效应微效多基因控制,主基因遗传率为7.41%,多基因遗传率为90.60%。对于干面筋含量,在句容试点MX2-ED-A模型为最佳模型,受到2对显性上位性效应主基因和加性效应微效多基因控制,主基因遗传率为38.24%,多基因遗传率为61.61%,但在扬州试点MX2-IE-A
3、模型为最佳模型,受到2对抑制效应主基因和加性效应微效多基因控制,主基因遗传率为5.65%,多基因遗传率为94.04%。面筋指数在句容试点MX2-AI-AI模型为最佳模型,受到2对加性上位性效应主基因和加性上位性效应微效多基因控制,主基因遗传率为66.34%,多基因遗传率为33.55%,但在扬州试点MX2-DE-A模型为最佳模型,受到2对重叠效应主基因和加性效应微效多基因控制,主基因遗传率为42.05%,多基因遗传率为57.62%。【结论】小麦干面筋含量、湿面筋含量和面筋指数均表现为数量性状的特点,受多基因的控制,且存在环境效应。干面筋含量和湿面筋含量的遗传主要受2对显性上位性或抑制效应主基因+
4、多基因的控制;面筋指数的遗传受2对加性上位性或重叠效应主基因+多基因的控制。关键词:小麦;湿面筋含量;干面筋含量;面筋指数;主基因+多基因遗传模型中图分类号:S512.103.51文献标志码:A文章编号:2095-1191(2023)04-1002-08收稿日期:2023-03-07基金项目:江苏省重点研发计划项目(BE2021375);江苏省农业科技自主创新资金项目 CX(21)3065;镇江市重点研发计划项目(NY20210005);镇江市农业科学院青年基金项目(QNJJ2020003)通讯作者:李东升(1986-),https:/orcid.org/0009-0000-7605-9365
5、,副研究员,主要从事小麦新品种选育推广研究工作,E-mail:第一作者:姚维成(1989-),https:/orcid.org/0009-0003-8122-1306,主要从事小麦品质遗传及新品种选育研究工作,E-mail:1547269378 南方农业学报Journal of Southern Agriculture2023,54(4):1002-1009ISSN 2095-1191;CODEN NNXAABhttp:/DOI:10.3969/j.issn.2095-1191.2023.04.004Analysis of major gene+polygene inheritance mod
6、el for glutenrelated traits in wheatYAO Wei-cheng1,DING Ming-liang2,WU Kun3,GUO Rui1,CHEN Chen1,WEN Ming-xing1,LIU Jia-jun1,DENG Yao1,SHEN Xue-yi1,LI Dong-sheng1*(1Zhenjiang Institute ofAgricultural Sciences in the HillyArea of Jiangsu Province,Zhenjiang,Jiangsu 212400,China;2Food Crops Research Ins
7、titute,YunnanAcademy ofAgriculture Sciences,Kunming,Yunnan 650205,China;3Dantu DistrictAgriculture and Rural Bureau of Zhenjiang City,Zhenjiang,Jiangsu 212100,China)Abstract:【Objective】The purpose of the study was to analyze the inheritance patterns of wet gluten content,dry glutencontent and gluten
8、 index of wheat through the analysis of major gene+polygene in heritance model for gluten related traitsin wheat,so as to provide theoretical reference for the selection and breeding of red skin strong gluten special wheat varietiesin wheat region of the middle and lower reaches of Yangtze River in
9、China.【Method】The doubled haploid(DH)popula-4期10030引言【研究意义】小麦作为世界上最重要的三大主粮之一,因其籽粒中含有醇溶蛋白和谷蛋白可形成其他谷物不具备的面筋,使面团具有独特的黏弹性,这一特性可使小麦加工制造成种类繁多的面制食品(Delcour et al.,2012;李芳等,2019)。小麦面筋的含量和质量,是鉴定小麦粉品质优劣的重要指标之一,决定了面团的工艺性能及蒸煮和焙烤食品的品质(路建龙等,2004;王灵昭和陆启玉,2005;Saini etal.,2022),小麦面筋指数与面包体积和面包评分呈极显著正相关(牟秋焕等,2009)。我国
10、的优质小麦品质与国外相比还存在较大差距,主要表现为小麦品种面筋强度弱、质量差、面团流变学特性差、沉淀值低、面包烘烤品质不好,缺少适于制作面包和优质面条的强筋小麦和适于制作饼干和糕点的低筋小麦。因此,对小麦面筋相关性状的主基因+多基因遗传模型进行分析,以期解析小麦面筋的含量和质量遗传规律,对我国小麦品质育种具有重要的研究意义。【前人研究进展】小麦面筋的含量和质量相关性状多为数量性状,而控制数量性状的基因中既有遗传效应较大的主基因,又有遗传效应较小的多基因(王建康等,1997)。传统的遗传分析方法是采用双列杂交设计法分析其遗传效应。陈后庆等(2005)采用完全双列杂交设计研究发现,小麦干面筋含量和
11、湿面筋含量的狭义遗传力均较低,其遗传可能受母体植株基因型控制。唐建卫等(2011)采用Griffing双列杂交设计法II研究发现,小麦湿面筋含量和面筋指数的遗传率表现中等偏上,狭义遗传率分别为44.26%和73.44%。虽然双列杂交法方法能较好地估算数量性状变异的遗传分量和环境分量,但对遗传模式未能深入研究。因此,众多研究者采用植物数量遗传体系主基因+多基因遗传模型分析法研究植物数量性状的遗传规律。该方法是由盖均镒(2005)提出,已在不同作物的不同遗传群体遗传分析中得到了广泛应用。在麦类作物方面,吕亮杰等(2014)研究发现,大麦的直链淀粉含量符合2对连锁抑制作用主基因模型和2对连锁互补作用
12、主基因+加性多基因遗传模型,而支链淀粉含量符合2对抑制作用主基因+加性多基因遗传模型和2对连锁显性上位性作用主基因+加性多基因遗传模型;解松峰等(2020)利用重组自交系(RIL)群体对小麦主要农艺性状进行遗传分析,结果发现单株产量的最优遗传模型是4对加性上位性主基因+多基因遗传模型,而千粒重的最优遗传模型是2对互补作用主基因+加性效应多基因混合遗传模型。在水稻方面,江建华等(2021)通过F1、F2和F2:3家系的遗传分析发现,水稻柱头长度、花柱长度和柱头花柱总长度均受2对主基因+多基因共同控制;张中伟等(2022)对构建的玉米6世代群体进行遗传分析,结果发现玉米穗轴粗性状主要受到多基因控制
13、,在多基因遗传率较高的世代tion(189 families in total)constructed with Sumai 6Yang 97G59 as the parents was used as the material,and inheri-tance model analysis of wet gluten content,dry gluten content and gluten index of wheat was carried out by using majorgene+polygene inheritance segregation analysis.【Result】W
14、et gluten content in Jurong pilot MX2-ED-Amodel was the op-timal model,which was controlled by 2 pairs of dominant epistatic effect major genes and additive effect and minor-effectpolygenes.The heritability of the major gene was 74.18%,and the polygene heritability was 24.35%.But the MX2-IE-Amodel w
15、as the optimal model in Yangzhou pilot,which was controlled by 2 pairs of inhibitory effect major genes andadditive effect and minor-effect polygenes.The heritability of the major gene was 7.41%,and the polygene heritabilitywas 90.60%.Dry gluten content in Jurong pilot MX2-ED-A model was the optimal
16、 model,which was controlled by 2pairs of dominant epistatic effect major genes and additive effect and minor-effect polygenes.The heritability of the majorgene was 38.24%,and the polygene heritability was 61.61%.In Yangzhou pilot,the MX2-IE-A model was the optimalmodel,which was controlled by 2 pair
17、s of inhibitory effect major genes and additive effect and minor-effect polygenes.The heritability of the major gene was 5.65%,and the polygene heritability was 94.04%.The gluten index in Jurong pilotMX2-AI-AI model was the optimal model,which was controlled by 2 pairs of additive epistatic effect m
18、ajor genes andadditive epistatic effect and minor-effect polygenes.The heritability of the major gene was 66.34%,and that of the poly-gene was 33.55%.In Yangzhou pilot,the MX2-DE-A model was the optimal model,which was controlled by 2 pairs ofoverlapping effectmajor genes and additive effect and min
19、or-effect polygenes.The heritability of major gene was 42.05%,and that of polygene was 57.62%.【Conclusion】The dry gluten content,wet gluten content and gluten index of wheat arequantitative characters,which are controlled by multiple genes and have environmental effects.The inheritance of dryglutenc
20、ontent and wet gluten content is mainly controlled by 2 pairs of dominant epistatic or inhibitory effect major genes+polygenes.The inheritance of gluten index is controlled by 2 pairs of additive epistatic or overlapping effect major gene+polygene.Key words:wheat;wet gluten content;dry gluten conten
21、t;gluten index;major gene+polygene inheritance modelFoundation items:Jiangsu Key Research and Development Plan Project(BE2021375);Jiangsu Agricultural Scienceand Technology Independent Innovation Fund Project CX(21)3065;Research and Development Plan Project of Zhen-jiang City(NY20210005);Youth Fund
22、Project of ZhenjiangAcademy ofAgricultural Sciences(QNJJ2020003)姚维成等:小麦面筋相关性状的主基因+多基因遗传模型分析54卷南 方 农 业 学 报 1004通过轮回选择或聚合回交等方法累积增效基因。为探明大白菜诱变获得的生物钟长周期突变体下胚轴长度和现蕾时间性状的遗传机制,马孝颖等(2022)对构建的F2代分离群体进行遗传分析,结果表明下胚轴长度和现蕾时间均符合2对加性显性上位性主基因+加性显性多基因模型。在油菜方面,Ji等(2013)通过研究油菜抽薹相关性状的遗传特性发现,抽薹指数由2对加性显性上位性主基因控制;开花时间受1个加
23、性显性上位性主基因控制。【本研究切入点】江苏丘陵地区镇江农业科学研究所采用苏麦6号和扬97G59的杂交组合,通过系圃法选育出红皮强筋小麦品种镇麦168、镇麦9号和镇麦10号等(陈爱大等,2008,2011;蔡金华等,2017),湿面筋含量和质量得到很大提高,并在长江中下游麦区被广泛地推广应用,但目前未见其面筋含量和面筋指数的遗传研究报道,也鲜见其他小麦面筋含量和面筋指数的遗传研究。【拟解决的关键问题】本研究课题组团队通过前期对苏麦6号和扬97G59鉴定发现其干面筋含量、湿面筋含量和面筋指数具有明显差异,可作为研究面筋遗传机制的良好试验材料。以扬97G59(P1)为母本和苏麦6号(P2)为父本配
24、制的杂交组合获得的F1代,再采用小麦玉米杂交诱导小麦双单倍体(DH)技术构建DH群体189份,采用主基因+多基因遗传模型分析法探究镇麦系列品种干面筋含量、湿面筋含量和面筋指数遗传机制,为我国长江中下游麦区红皮强筋专用小麦品种选育提供依据。1材料与方法1.1试验材料供试材料为扬97G59和苏麦6号,以及扬97G59(P1)为母本和苏麦6号(P2)为父本配制的杂交组合获得的F1代,再采用小麦玉米杂交诱导小麦双单倍体技术构建的双单倍体(DH)群体189份。DH群体由云南省农业科学院粮食作物研究所构建。1.2试验方法1.2.1田间设计2021年11月1日将参试材料分别播种于句容市行香镇镇江农业科技创新
25、中心(句容试点,E1)和扬州大学农牧场(扬州试点,E2),每个材料播种3行,行长1.0 m,行距0.2 m,每行40粒,重复2次。2个试点均采用统一大田管理,全程防虫防病。成熟后按小区混收,晒干贮藏备用。1.2.2测定方法2022年6月分别将2个试点DH群体及亲本按小区混收混脱,熏蒸贮藏60 d后,按照GB/T 213052007 谷物及谷物制品水分的测定 常规法 测定籽粒水分。采用小型旋风式磨粉机制备全麦粉。采用东孚双头面筋仪按照GB/T 5506.22008 小麦和小麦粉 面筋含量 第2部分:仪器法测定湿面筋 方法测定计算湿面筋含量、干面筋含量和面筋指数。每混合样品测定2次,求平均值作为样
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