粗山羊草氮高效基因的精细定位和分子标记辅助转移

粗山羊草作为小麦D基因组供体具有突出的抗病、抗逆和耐瘠薄等性状特点，含有多种与营养性状有关的优异基因，是小麦营养遗传改良不可多得的优异基因源。我们前期研究发现，粗山羊草含有耐低氮高效基因，并利用耐低氮高效和低氮低效粗山羊草分别与四倍体小麦Langdon杂交，合成了耐低氮高效和低氮低效双二倍体。在低氮处理下，上述两双二倍体相比，前者表现出分蘖力强、生物产量和籽粒产量高等显著的氮高效利用特点。氮高效和氮低效双二倍体杂种F1经甜玉米花粉诱导和染色体加倍创建了Langdon遗传背景的粗山羊草双单倍体（DH）群体。本研究拟在此基础上进一步扩大DH群体，并利用该群体对氮高效基因进行精细定位，获得与目标基因紧密连锁的分子标记。同时，利用氮高效双二倍体与推广小麦品种杂交、回交，并结合分子标记辅助选择，创制出携带粗山羊草耐低氮高效基因的小麦新种质。该研究将为培育氮素高效利用的突破性小麦品种奠定材料基础。

粗山羊草（Aegilops tauschii, 2n=14, DD）作为普通小麦D染色体组的供体，含有多种优异基因，是小麦遗传改良不可多得的优良基因源。我们通过苗期和成株期试验在粗山羊草中分别筛选出氮高效和氮低效基因型，创建了Langdon遗传背景的粗山羊草DH作图群体，并构建了D基因组7条染色体3541cM的遗传图谱，含有378个标记，平均标记间距离为9.37cM。对该群体采用混合线性模型复合区间作图法进行QTL作图，利用IciMapping 5.0对多个环境、高氮和低氮处理条件下的氮素利用率分别进行QTL定位分析，共检测到14个氮素利用率有关的QTL位点。高氮处理检测到3个QTL，分别位于5D、6D染色体上，对植株的氮素利用率表现为正向加性效应；低氮处理检测到11个QTL，分别位于1D、3D、5D、6D、7D上。其中，三个环境低氮处理均能检测到一个较大效应值氮素利用效率有关的主效QTL位点，命名为QGE.sdau.5D-2，能解释表型变异的29.6774%-59.6775%。在此基础上，开发了与其紧密连锁的标记GESDAU-1、 GESDAU-2和GESDAU-3，利用这两个标记从粗山羊草京Y225和济麦22的杂交回交群体（BC3F2）中筛选出7份农艺性状优良，并且千粒重、蛋白质含量高的后代材料，实现了粗山羊草氮高效基因向小麦的分子辅助转移。本研究结果对于利用小麦近缘植物丰富小麦D基因组氮素高效利用基因资源具有理论和育种意义。