小麦籽粒硬度优良基因型挖掘及其分子标记开发

籽粒硬度是最为重要的小麦品质性状之一，是国内外市场分级和定价的主要依据。本项目选用我国黄淮麦区不同时期小麦品种进行两种不同类型的籽粒硬度相关基因型及其等位变异鉴定，通过磨粉和食品加工品质分析，比较和筛选品质性状相对优良的基因型和优质等位变异体，并利用重组自交系群体研究相同背景下，不同基因型间的品质性状差异。同时，采用引物步移法对Pina-D1b 和新发现的Pina-D1ba类型的分子缺失机制进行研究，并根据其分子特征开发出能够跨越缺失体的STS分子标记,从而能够在DNA水平上直接检测出该类型。另外，依据4个puroindolin b-2基因及其相应等位变异的分子特征利用D-CAPS等技术开发出能够直接检测不同类型的特异性标记。本研究能够将分子标记技术和以籽粒硬度为目标的育种技术相结合，从而为我国小麦品质改良和进一步研究籽粒硬度的分子遗传基础提供重要信息。

该项目圆满完成了申请书中的各项任务，累计发表学术论文11篇，其中SCI论文6篇，SCI影响因子累计16.29。另外，还授权国家发明专利4项，培养硕士研究生2名，其中1名获河南省优秀硕士论文。项目研究内容汇总如下：1）籽粒硬度是最为重要的小麦品质性状之一，是国内外市场分级和定价的重要依据。本研究主要以我国小麦为材料进行了籽粒硬度分子遗传基础研究，在我国农家品种中发现了三种新的PINA蛋白缺失类型，分别命名为Pina-D1r、Pina-D1s和Pina-D1t。对其分子缺失机理研究发现，上述类型中的Ha位点分别存在着一个包括Pina基因在内的10415bp、4422bp或6460bp的大片段缺失，并开发出了相应的分子标记。2）阐明了籽粒硬度主效基因对小麦品质的重要影响，发现Pina-D1b类型较为适合制作印度薄饼，而野生型则拥有相对优良的饼干和蛋糕加工品质。3）还克隆出了3个硬度相关新基因，分别将其命名为Pinb-2v4、Pinb-2v5和Pinb-2v6，对其进行染色体定位发现，Pinb-2v1位于7DL染色体上，Pinb-2v2和 Pinb-2v3均位于7BL染色体上，Pinb-2v4位于7AL染色体上，而且Pinb-2v2 和Pinb-2v3互为一对等位基因。4）初步探明了Pinb-2基因的功能，发现Pinb-B2v3类型的小麦品种千粒重、粒径、穗粒数、穗粒重以及旗叶的宽度和面积均显著高于Pinb-B2v2类型的小麦品种，找到了产量性状相对优良的基因型。还发现了Pinb-B2v3基因的三种等位变异类型Pinb-B2v3a和Pinb-B2v3b、Pinb-B2v3c，进一步研究表明，Pinb-B2v3b类型硬度值相对较高，其表达量也显著高于Pinb-B2v3a和Pinb-B2v3c两种类型，开发了相应的dCAPS标记。而且还证明，该类型基因并非种子特异性表达。5）发现Pinb-2基因在绝大多数Urartu和Speltoids中不能表达，而在Tauschii、硬粒小麦和普通小麦中均能表达，且在前两者的保守性较差，而后三者中的保守性很强。本项研究成果进一步阐明了小麦籽粒硬度的分子遗传机理，修改和完善了普通小麦的籽粒硬度分子理论模型，同时本项研究中发现的新基因型和开发的功能性分子标记也为优质和高产小麦新品种培育以及分子标记辅助育种提供了重要的基因资源和有力的技术支撑。