穗发芽抗性相关分子标记Ｔａｍｙｂ１０Ｄ和Ｖｐ１Ｂ３在红白粒小麦中的有效性验证

陈泠 高春保 王翠 朱展望 佟汉文 刘易科 张宇庆 邹娟 何伟杰

摘要：为了筛选出有效的穗发芽抗性相关分子标记，利用240份小麦品种（系）4年的整穗发芽率数据对Tamyb10D和Vp1B3标记的有效性进行了验证。结果表明，①红粒比白粒抗穗发芽;②在不区分红白粒的情况下，两标记可用，Tamyb10D标记相对更好;③在区分红白粒的情况下，Tamyb10D标记仅在红粒中可用，而Vp1B3标记不可用;④Tamyb10-D1b和Vp-1Bc基因型在红粒中的出现频率高于白粒，特别是前者差异大（红粒、白粒分别为64.79%和1.78%）。由此推断，在不考虑子粒颜色时，两标记与穗发芽抗性的相关性主要是由其与红色子粒的相关性决定的，而非其自身作用。综上所述，Tamyb10D标记可用于红粒抗穗发芽种质筛选，Vp1B3标记不可用于红粒和白粒抗穗发芽种质筛选。

关键词：小麦;穗发芽;分子标记;Tamyb10D;Vp1B3

中图分类号：S512.1         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）24-0066-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.24.018           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： To acquire valuable marker for pre-harvest sprouting resistance（PHS），the value of two markers（Tamyb10D and Vp1B3） were estimated in 240 wheat varieties during four years. The results were as follows：①Red-grained wheat were more tolerant to PHS than white-grained wheat.②Two makers were effective to select PHS resistant varieties without considering grain color. And Tamyb10D was more better than Vp1B3. ③Tamyb10D was associated with PHS resistance in red-grained wheat but not in white-grained wheat. While Vp1B3 was not associated with PHS resistance either in red-grained wheat or white-grained wheat.④The frequencies of Tamyb10-D1b and Vp-1Bc were higher in red-grained wheat than those in white-grained wheat. Especially for the allele Tamyb10-D1b，its frequency was 64.79% in red-grained wheat while only 1.78% in white-grained wheat. Above results indicated that the correlations between these two markers and PHS resistance were mostly determined by their correlation with red grained wheat，not by their own functions. In conclusion， marker Tamyb10D can be used to select PHS resistant varieties in red-grained wheat. But marker Vp1B3 can not be used to select PHS resistant varieties both in red-grained and white-grained wheat.

Key words： wheat; pre-harvest sprouting; molecular marker; Tamyb10D; Vp1B3

小麥穗发芽是指小麦即将成熟未收获时遇连阴雨天气，导致子粒在穗上萌动发芽的现象。子粒发芽过程中会代谢掉营养物质淀粉，引起产量下降，子粒品质劣化，萌动或发芽的子粒种用价值降低。小麦穗发芽分布范围广、危害严重。中国长江中下游冬麦区、东北春麦区和西南冬麦区以及加拿大、澳大利亚等国内外小麦主产区都时有发生，对小麦产量的提升和品质的保障带来了威胁。如2018年夏收期间湖北地区遭遇连阴雨，特别是鄂北等主产区小麦减产达50%左右。发芽严重小麦只能作为饲料出售，价格降低一半以上，致使种麦效益严重下滑，极大地挫伤了农民的种麦积极性。

抗穗发芽品种的应用是解决穗发芽危害的最经济有效的方法，利用功能标记可加快品种培育进程。目前，已鉴定与穗发芽抗性相关的基因有TaVp-1[1，2]、Tamyb10[3]、TaSdr[4]、TaPHS1[5，6]、PM19[7]、TaDFR[8]和MKK3[9]等。其中对标记有效性评价研究较多的是TaVp-1和Tamyb10的分子标记。转录因子Tamyb10推测可能是控制小麦种皮颜色R基因的候选基因[3]。Wang等[10]利用Tamyb10的分子标记对103个小麦品种（系）的基因型进行分析，发现标记Tamyb10B和Tamyb10D与穗发芽抗性相关，前者效应大于后者，Tamyb10A标记与穗发芽抗性相关性不显著。Vp-1基因是种子成熟、干燥及休眠的主要转录调节因子，能促进胚成熟，加速休眠并抑制其萌发[1]。Yang等[2]利用Vp-1基因3B染色体上的不同基因型开发了Vp1B3标记，检测到3种基因型：Vp-1Ba、Vp-1Bb和Vp-1Bc，前者与感穗发芽有关，后两者与抗穗发芽相关。

为了筛选稳定可靠的分子标记用于穗发芽抗性育种，本研究利用240份小麦群体的4年穗发芽表型数据对已报道的穗发芽抗性分子标记Tamyb10D和Vp1B3进行了有效性鉴定，以期为穗发芽抗性分子育种工作提供参考。

1  材料与方法

1.1  材料

240份小麦群体含国内近20年育成的小麦品种（系）229份，分别来自河南（62份）、江苏（38份）、山东（27份）、陕西（21份）、湖北（20份）、四川（18份）、河北（13份）、甘肃（9份）、北京（7份）、山西（6份）、宁夏（5份）和安徽（3份）。另含有国外材料11份，其中CIMMYT材料8份。2014-2018年共计4年度种植于湖北省农业科学院粮食作物研究所稻茬田（武汉洪山）。

1.2  整穗发芽率测定

小麦材料生理成熟后，采集无病害小麦穗10穗（含穗下节10 cm），室内自然干燥7 d后，保存在-20 ℃冰柜中备用。整穗发芽在温室内采用自动模拟降雨设备进行，每4 h喷雾20 min，温度设定为20 ℃，连续处理5 d后发芽穗保存在-20 ℃冰柜。人工脱粒统计发芽粒数和未发芽粒数，以芽长度超过1/2种子长度记为发芽。

发芽率（SGR）=10穗发芽粒数×100%/（10穗发芽粒数+10穗未发芽粒数）。

1.3  抗穗发芽分子标记检测

采用CTAB法[11]提取叶片基因组总DNA。分子标记引物Tamyb10D[10]和Vp1B3[2]由武汉天一辉远生物科技有限公司合成（表1），PCR试剂为康为世纪生物科技有限公司生产的2×Es Taq MasterMix（Dye），扩增产物经1%琼脂糖凝胶电泳检测后观察拍照。

1.4  數据统计与分析

用Excel进行数据统计，采用IBM SPSS Statistics 20对数据进行Pearson相关系数和单因素方差分析。

2  结果与分析

2.1  子粒颜色与穗发芽抗性关系

240份小麦材料的SGR分布较广，特别是2018年为1.21%～99.70%，而2016年SGR较高，为30.40%～99.19%（表2）。不同年份间SGR呈极显著正相关，相关系数r为0.355～0.650（表3），说明测定的SGR可用于进一步分析。

240份小麦群体中有71份红粒小麦，169份白粒小麦。不同年份红粒小麦SGR均值都小于白粒小麦，且两者差异均达到极显著水平（表4），说明红粒小麦比白粒小麦抗穗发芽。

2.2  Tamyb10D标记的有效性分析

用Tamyb10D标记分析240份材料，共检测到191份材料为Tamyb10-D1a基因型，49份材料为抗穗发芽基因型Tamyb10-D1b[10]，出现频率分别为79.58%和20.42%（表5）。两种基因型的各年份SGR均值比较显示，Tamyb10-D1b基因型的SGR均值均低于Tamyb10-D1a基因型，除2016年外，两者SGR均值差异都达到极显著水平（P<0.001）。

对红粒材料中Tamyb10-D1a和Tamyb10-D1b基因型进行分析，结果（表5）表明，71份红粒材料中，抗穗发芽基因型Tamyb10-D1b占比为64.79%，说明红粒小麦中该基因型出现频率较高。SGR均值分析发现，除2016年外，Tamyb10-D1b基因型的SGR均值都低于Tamyb10-D1a基因型，但差异分析显示，仅2018年两者差异达到极显著水平（P=0.005）。

169份白粒材料分析（表5）发现，仅有3份材料含有Tamyb10-D1b基因型，出现频率为1.78%。SGR均值比较显示，2018年Tamyb10-D1b基因型的SGR均值高于Tamyb10-D1a基因型，其他年份则相反，但差异都未达显著水平。综上所述，在红粒小麦中Tamyb10-D1b基因型对穗发芽抗性有显著作用，但在白粒小麦中对穗发芽抗性没有明显作用。

2.3  Vp1B3标记的有效性分析

240份材料中，利用Vp1B3标记共检测到4种基因型，其中基因型Vp-1Ba和抗穗发芽基因型Vp-1Bc[2]出现频率较高，分别为27.92%和70.83%（表6）。此外，检测到Vp-1Bd基因型2份和Vp-1Bb基因型1份。SGR均值比较显示，除2016年外，Vp-1Ba基因型的SGR均值均高于Vp-1Bc基因型，但仅2018年两者差异达到极显著水平（P<0.01）。

对红粒材料中Vp-1Ba和Vp-1Bc基因型进行分析，发现Vp-1Bc基因型在红粒中出现频率高达87.32%，而含Vp-1Ba基因型的材料只有8份。SGR均值比较显示，除2015年外，各年份Vp-1Ba基因型的SGR均值均低于Vp-1Bc基因型，但差异均未达到显著水平（表6）。

在白粒材料中，Vp-1Ba和Vp-1Bc基因型分别占34.91%和63.91%，Vp-1Ba基因型的出现频率在白粒中比红粒中高。两基因型各年份SGR均值比较显示，2018和2015年，Vp-1Bc基因型的SGR均值低于Vp-1Ba基因型，而2017和2016年结果相反，但各年份两者差异都较小，均未达显著水平（表6）。表明Vp1B3标记不能用于红粒和白粒穗发芽抗性品种筛选。

3  小结与讨论

通过比较240份红白粒材料在4个年份的SGR，发现红粒材料的SGR均值都极显著小于白粒材料，即红粒材料比白粒材料抗穗发芽，与前人研究结果一致[12]。但红粒材料中同样有SGR较高的材料，如川麦43和宁春47号，4个年份的SGR变异范围分别为62.02%～91.25%和72.53%～84.25%。因此，红粒小麦也需要进行穗发芽抗性性状鉴定以便准确选出抗性品种。

前人研究证实Tamyb10-D1b和Vp-1Bc基因型与抗穗发芽相关，Tamyb10-D1a和Vp-1Ba基因型与感穗发芽相关[2，10]。本研究发现，在不区分红白粒的情况下，SGR均值说明Tamyb10-D1b和Vp-1Bc基因型较Tamyb10-D1a和Vp-1Ba基因型抗穗发芽。但在区分红白粒的情况下，仅红粒中2018年数据显示Tamyb10-D1b基因型较Tamyb10-D1a基因型抗穗发芽，两者差异显著。分析基因型出现频率发现，抗穗发芽基因型Tamyb10-D1b和Vp-1Bc在红粒中的出现频率高于白粒，红粒中两者出现频率分别是64.79%和87.32%，在白粒中则为1.78%和63.91%。由此推测，在不区分红白粒的情况下，抗穗发芽基因型与感穗发芽基因型间的SGR均值差异是由于红白粒穗发芽抗性差异造成的，而非基因型本身的作用。

本研究证实，Tamyb10D标记可用于红粒小麦的穗发芽抗性筛选，Vp1B3标记不能用于红粒和白粒穗发芽抗性品种筛选，该结果与部分前人研究结果一致[13-15]。如王根平等[13]证实Tamyb10D标记在红粒小麦中有效。杨燕等[14]分析了67份红粒春小麦的发芽指数与Vp1B3标记相关性，发现两者无相关性。孙果忠等[15]对中国75个品种进行分析，也证实Vp1B3标记与穗发芽抗性关系不密切。本研究结论也与一些已报道结果不一致[16，17]，可能是由于研究群体和研究环境不同以及未区分红白粒情况下分析数据造成的。

综上所述，本研究通过240份材料4年的穗发芽性状数据，对Tamyb10D标记和Vp1B3标记进行有效性鉴定，证实前者可用于红粒小麦的穗发芽抗性筛选，后者不可用于红粒和白粒穗发芽抗性品种筛选。

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