1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、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 RIL 190 抗赤霉病 阿夫 x 苏麦 3 号、 RIL400 抗赤霉病 南大 2419 x 苏麦 3 RIL 400 抗赤霉病 南大 2419 x 望水白 RIL 1000 抗赤霉病 山红麦/温麦 6 号 RIL 116 抗纹枯病 和尚麦/豫麦 18RIL 135 抗条锈病，产量，早熟 鲁麦 21/红秃头R
12、IL 166 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 953RIL 100抗盐 种 49/宁麦 3 号 RIL 115 耐湿 洛夫林 10 号/中国春 DH 180 磷高效 小偃 54/京 411 RIL282 优质，产量 蚰子麦/百农 3217RIL 179 产量 成都光头/百农 3217RIL 140 产量 W924142-1/蚂蚱麦RIL 205 产量 W924142-1/早洋麦 RIL 150 产量 W924142-1/碧玉麦 RIL 318 产量 Am1/莱州953 RIL 105 抗白粉病 品冬 42-5/莱州 953 RIL106
13、大粒 品冬 42-5/90022-1 RIL 136 大穗大粒950299-2/90022-1 RIL 146 大穗大粒 偃展1 号/豫麦 18 RIL 120 高产，早熟，抗病 偃展 1 号/SIRMIONE RIL 78 多粒，早熟，抗病 偃展 1 号/内乡188 RIL 198 高产优质，早熟，抗病 偃展 1 号/OwensRIL 99 饼干小麦，早熟，抗病 中优 9507/CA9632 DH71 小麦品质 H1488/CA9613 DH 113 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
14、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
15、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。EMBED MSPhotoEd.3 EMBED MSPhotoEd.3 +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
16、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
17、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 P3622-280P361
18、6-310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（
19、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
20、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,
21、 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 20.6-4
22、0.5%。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
23、%；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
24、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
25、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 4
26、B 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-3
27、b 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
28、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(P0.01)，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
29、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 valu
30、es and the corresponding determination coefficientsQTLs Markers Sour. NDS LDR 2002 20032002 2003 P R2(%) P R2(%) PR2(%) P R2(%) Qfhs.nau-2b s1021m N 0.0019 8.60.0083 5.9 0.0008 9.9 0.0444 3.5Qfhs.nau-3b wmc054-1 W 0.0148 5.4 0.049 3.40.0083 6.3 Qfhs.nau-4b gwm107 N 0.02567.8 0.0004 17.9 0.07 5.2 0.0
31、9 4.4Qfhs.nau-6b wmc341 W 0.0844 2.8 0.0007 10.10.01 6.2 (0.0001 13.4 Qfhs.nau-3b/7b gwm533-3 W0.005 7.1 0.0016 8.6 (0.0001 13.4 0.0018 8.4Qfhs.nau-7d barc076 W 0.072 4.7 0.0026 12.20.0621 5.0 0.0444 5.6 Qfhs.nau -7A? barc126-1 W 0.0358 4.2 0.0065 7.2 0.0673 3.2Qfhs.nau -3b2 barc229 W 0.005 7.4 0.01
32、885.6 0.0188 5.2 （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。Loci Markers Source P R2 Qfhs.nau-3a2 gwm2 N0.0061 10.1% 表 3.小麦抗赤霉病病小穗数 QTL 分析 Qfhs.nau-5a barc056 W 0.0001 18.4% Qfhs.nau-4abarc184 W 0.0073 7
33、.0% Qfhs.nau-5b gwm408 V0.0027 8.7% Qfhs.nau-4b wmc181-2 W 0.0009 9.8%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
34、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
35、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
36、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
37、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9507CA9632 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
38、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
39、)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，LO
40、D 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
41、 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
42、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
43、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
44、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
45、。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
46、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：
47、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
48、，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）PAGE PAGE 1 *JimiSoft: Unregistered Software ONLY Convert Part Of File! Read Help To Know How To Register.*
