小麦创新种质"普冰3558"中多粒、抗病与寡有效分蘖性状的遗传与可利用性研究

In order to broaden the genetic resources for wheat breeding and improve the breeding techniques, it is crucial to integrate advantageous genes from wild relatives of wheat into the common wheat through distance hybridization. Pubing3558, derived from a cross between common wheat and Agropyron cristatum, characterized with mutiple important traits including large kernel number, resistance to wheat powder mildew and stripe rust, and oligo fertile tillers. In this study, molecular biology and breeding techniques will be used to carry out the following four researches on Pubing3558 as well as its recombinant inbred lines: (1) Determine exsistance and the position of integration in wheat chromosomes of Agropyron cristatum P genome fragments in Pubing3558. (2) Localize the genes/QTLs contributing to large kernel number, resistance to powdery mildew and stripe rust,and oligo fertile tillers. Acquire markers specific for Agropyron cristatum and linked to these genes/QTLs, providing molecular evidence that these genes/QTLs derived from Agropyron cristatum genome. (3) Analyze the linkage among these important genes/QTLs contributing to the phenotypes under investigation. (4) Investigate the value of utilization of Pubing3558 in breeding, based on the ecological environment and objective of breeding.This project will not only provide a solid basis in principle for utilization of new germplasm in basic research, but also broaden the utilization of foreign genes in improving wheat quality and boost the technique for breeding.

通过远缘杂交向栽培小麦转移野生近缘植物的优异基因是拓宽小麦遗传基础与提高育种水平的重要途径。本研究以小麦-冰草远缘杂交后代中具有多粒、对白粉病和条绣病免疫、寡有效分蘖等多个重要性状的"普冰3558"及其重组自交系为材料，综合应用分子生物学和育种技术,拟开展以下4个方面的研究：(1)　阐明"普冰3558"中携带的冰草P染色体片段以及在小麦染色体上的相对位置；(2) 定位控制多粒、白粉病和条锈病免疫及寡有效分蘖性状的基因/QTL，并获得各个基因/QTL与冰草特异标记间的连锁标记，为上述基因/QTL源自冰草P基因组提供分子证据；(3) 分析重要性状基因/QTL间的相互遗传连锁关系；(4) 根据生态区以及育种目标对材料进行评价和选择，初步阐明"普冰3558"在育种中的利用价值。本研究不仅为创新种质在基础研究中的可利用性提供理论依据，而且对扩大小麦外源基因利用范围、提高育种水平具有重要的促进作用。

普冰3558是从普通小麦品种Fukuho与冰草Z559远缘杂交后代中选育出来的小麦-冰草渐渗系，具有对白粉病和条锈病免疫、寡有效分蘖和多粒等多个重要性状。为了对以上性状进行遗传定位与可利用性分析，我们主要开展了如下工作并取得一些重要成果：（1）通过冰草转录组测序、重复序列分离、近等基因系转录组测序等途径开发了P基因组特异分子标记，其中7个分子标记能够用来追踪普冰3558中的P基因组遗传成份。（2）完成了抗白粉病和条锈病、寡有效分蘖和多粒等重要性状的遗传定位：利用白粉病生理小种E09对普冰3558进行遗传分析，在小麦5DS染色体上定位出一个显性基因PmPB3558。利用条锈病生理小种CYR32对普冰3558进行遗传分析，在小麦2BL染色体上定位出一个显性基因YrPB3558。抗谱比较和系谱分析表明，PmPB3558和YrPB3558都是一个来源冰草的、新抗病基因。在寡有效分蘖基因ftin粗定位的基础上，通过构建ftin近等基因系遗传群体，利用SNP标记将ftin精细定位在SNP51和SNP01之间，分别相距0.13cM和0.15cM。利用小麦90K SNP芯片对普冰3558X京4841 RIL群体进行基因型检测，构建了全基因组遗传连锁图谱；结合两年三个环境的表型数据，将控制穗长、小穗数、小穗粒数、穗粒数等穗部性状的主效QTL位点都定位在小麦1AS染色体上，其定位区间在分子标记Xgpwm7062和Xwmc109之间。（3）分析了多个重要性状之间以及它们与冰草P基因组之间的遗传关系：抗白粉病基因PmPB3558和条锈病基因YrPB3558之间，以及它们与其他性状之间不存在遗传连锁关系；而寡有效分蘖基因ftin与多粒QTL之间存在一定的遗传连锁关系，其遗传距离为1.21cM。获得了与寡有效分蘖基因ftin和多粒QTL紧密连锁的P基因组特异分子标记AgcCDS29。（4）从普冰3558群体后代中选育出了2个高抗白粉病和条锈病、多穗粒数、同时保持千粒重和有效分蘖不降低的株系，已经作为优异种质资源应用到育种中。（5）目前已经发表和本项目相关的SCI论文９篇，其中第一和第二标注分别有4篇和5篇。本项目的研究成果，不仅为小麦高产抗病育种提供更广泛的优异种质资源，还为创新种质的可利用性提供理论依据。