全 文 ：文章编号 :100028551 (2007) 062585204
小麦多子房性状近等基因系的选育及遗传背景的检测
马守才　张改生　牛　娜
(西北农林科技大学陕西省作物杂种优势研究与利用重点实验室 ,陕西 杨陵　712100)
摘　要 :以矮败小麦为杂交材料 ,以多子房小麦多 II 为供体亲本、单子房小麦 77 (2) 为轮回亲本 ,经过连
续回交和自交 ,初步培育成多子房近等基因系 (NIL) M0430921 和 M0430923。应用 APAGE 技术对 NIL 及
其亲本的遗传相似性进行了比较分析 ,结果表明 : (1) 育成的多子房近等基因系多子房、单子房性状稳
定 ,农艺性状与 77 (2)一致 ; (2)用醇溶蛋白 APAGE分析多子房近等基因系的遗传相似性 ,发现该 NIL 选
系内、系间及选系与轮回亲本间已达到较高的遗传一致性 ,但含多子房基因的选系低于单子房选系的遗
传相似性 ; (3)用醇溶蛋白检测 NIL ,未发现其与导致该近等基因系子房性状差异的基因有关。
关键词 :小麦 ; 近等基因系 ; 多子房性状
BREEDING OF NEAR2ISOGENIC LINES OF MULTI2OVARY CHARACTER
IN WHEAT AND THEIR GENETIC BACKGROUND EVALUATION
MA Shou2cai 　ZHANG Gai2sheng 　NIU Na
( Shaanxi Key Laboratory of Crop Heterosis , Northwest A & F University , Yangling , Shaanxi 　712100)
Abstract :Using dwarfing sterile wheat as a breeding material , duoII as so donor parent ,77 (2) as recurrent male parent ,two
near isogenic lines (NIL) , M0430921and M0430923 were bred . The gene location of the multi2ovary gene through successive
backcrossing and crossing was analyzed using acid polyacrylamide gel electrophoresis (APAGE) and the genetic background of
NIL was obtained through comparison with that of DuoII and 77 (2) , respectively. The results were as follows : (1) NIL
(M0430921and M0430923) was highly genetic stability for wheat multi2ovary ; (2) The genetic background variance of NIL was
evaluated by the APAGE of gliadin. Preferable genetic consistency was found in NIL、between NIL and between NIL and
recurrent parent ; (3) Characteristic bands of the multi2ovary gene was detected ,which did not show any polymorphism between
NIL and their parent .
Key words :wheat ; near2isogenic lines ;multi2ovary character
收稿日期 :2007201229
基金项目 :陕西省“十五”杂种小麦攻关 (200422005K012G4) ; 西北农林科技大学遗传育种专项 (05Y200222)与博士专项基金
作者简介 :马守才 (19682) ,男 ,副教授 ,硕士生导师 ,主要从事小麦遗传育种研究。E2mail :mashoucai @sohu. com　　近等基因系 (Near2isogenic line ,NIL) 是遗传背景相同 ,而等位基因性质或剂量不同的一组品系 ,它排除了遗传背景不同的干扰 ,使有关基因的效应得以充分显露 ,便于研究基因的多效性 ,同时也是进行目标基因分子标记、精细定位和克隆的理想材料。目前 ,人们已在小麦等作物中构建了包括抗病性在内的许多优良性状的近等基因系 ,并将其运用到相关领域的研究中[1 ,2 ] 。通常 NIL 的选择和评价以回交代数和性状指标为依据 ,但由于连锁遗传 ,即使经过多代回交 ,仍会有相 当长的供体亲本基因片段与目的基因连锁 ,加上有的基因差异在某一环境下并不能显著表现 ,这就导致NIL 评价偏差[3 ] ,因此有必要在选育过程进行醇溶蛋白的生化检测。小麦醇溶蛋白是基因的直接产物 ,由第 1、第 6 部分同源群染色体短臂上的 Gli21 和 Gli22 位点编码 ,这些位点存在着广泛的等位基因变异[4 ,5 ] 。醇溶蛋白多态性很高 ,可用于品种鉴定、遗传演化和遗传多样性分析等研究[6 ,7 ] 。小麦的多子房性状是指小花内有 2～3 个雌蕊、3
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个雄蕊 ,且能稳定结实的现象[8 ,9 ] ,不同来源多子房材
料的解剖、遗传等方面的研究已有报道[8 ,9 ] 。为了研究
这种多子房性状对一些农艺性状的影响和控制该性状
的基因 ,本试验进行了多子房性状近等基因系的选育 ,
并用醇溶蛋白酸性聚丙烯酰氨凝胶电泳 (APAGE) 技术
对其遗传背景的一致性进行检测 ,旨在为进一步选育
多子房性状的理想 NIL 提供科学依据。
1 　材料和方法
111 　材料及近等基因系的选育
多子房亲本为遗传稳定的多 Ⅱ,单子房亲本为轮
回亲本 77 (2) 。
以矮败小麦为杂交材料 ,先与多 Ⅱ杂交 ,再同 77
(2)杂交 ,并以 77 (2) 为轮回亲本连续回交 ,自交 (回交
4 代自交 1 代) ,获得多子房近等基因系 M0430921、
M0430923 为 BC4 F1 。
112 　种子醇溶蛋白质的 APAGE检测及数据统计
采用半粒法切割 ,取无胚部分研磨提取醇溶蛋白 ,
有胚部分种植。醇溶蛋白电泳按照 1986 年 ISTA 颁布
的 APAGE(pH 312)标准程序[10 ] ,并作适当修改。
每个样品的电泳条带按有或无记录 ,电泳条带存
在时赋值 1 ,缺少时赋值 0。按 Nei 的方法[11 ] 计算品种
间的遗传相似系数 ( GS ) , GS = 2 N ijΠ( N i + N j ) ,其中 N i
为 i 品种出现的谱带数 , Nj 为 j 品种出现的谱带数 , N ij
为 i 品种和 j 品种共有的谱带数。以遗传距离 GD (12
GS)值为基础按不加权成对群算术平均法 (UPGMA) 进
行遗传相似性聚类分析。
2 　结果与分析
211 　小麦多子房近等基因系的选育
为了简化回交去雄的繁重工作 ,加快近等基因系
的选育 ,选用矮败小麦为母本 ,与多 II 杂交 ,F1 代选多
子房性状的矮杆不育株作母本与轮回亲本 77 (2) 回
交 ,回交后代继续选多子房性状的矮杆不育株作母本
与 77 (2)连续回交 ,在回交 4 代及以后世代 ,一方面继
续选多子房性状的矮杆不育株作母本与 77 (2) 回交 ,
另一方面在高杆可育株中选择与 77 (2) 农艺性状相似
且表现多子房和单子房性状的植株套袋自交 ,获得小
麦多子房近等基因系 (图 1) 。M0430921 (多子房 ) 、
M0430923 (单子房)为初步育成的 BC4F2 代多子房近等
基因系 ,田间农艺性状的观察表明 ,其与轮回亲本 77
(2)已经极为相似。
图 1 　小麦多子房近等基因系创建流程图
Fig. 1 　Construction procedure of NIL
of multi2ovary wheat
212 　小麦多子房近等基因系种子醇溶蛋白的 APAGE
比较
图 2 　小麦多子房近等基因系的醇溶蛋白图谱
Fig. 2 　Gliadin patterns of NIL from
multi2ovary wheat
1 :CS;2 :M043092121 ;3 :M043092122 ;4 :M043092123 ;
5 :M043092124 ;6 :M043092125 7 :duoII ;8 :77 (2) ;
9 :M043092321 ;10 :M043092322 ;11 :M043092323 ;
12 :M043092324 ;13 :M043092325
21211 　近等基因系的醇溶蛋白标记多态性 　供试的
小麦多子房近等基因系 M0430921、M0430923 各 5 个单
籽粒和亲本多 Ⅱ、77 (2) 及中国春各 1 粒共 13 个材料
的醇溶蛋白电泳结果如图 2 所示。由图 2 可以看出 ,
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所有材料电泳出 27 条相对迁移率不同的谱带 ,每个材
料可分离出 15～19 条谱带 ,其中 9 条带 (33133 %) 为
所有供试材料的共同带 ,18 条带 (66167 %) 具有多态
性。依据供试的 13 份材料的谱带差异 ,共有 9 种带
型 ,其中通过连续 4 代回交的近等基因系 M0430921 的
5 个材料具有 4 种带型 ,M0430923 的 5 个材料具有 2
种带型。这些体现了供试材料 BC4 F2 的醇溶蛋白编码
的基因位点仍存在多态性。通过对近等基因系的醇溶
蛋白谱带比较 ,未发现与多子房性状相关的基因位点。
21212 　醇溶蛋白标记研究遗传相似性 　利用醇溶蛋
白标记计算近等基因系与轮回亲本 77 (2) 的遗传相似
系数 ,结果见表 1。由表 1 可以看出 ,近等基因系
M0430921、M0430923 与轮回亲本 77 (2) 的平均遗传相
似系数都已分别达到 01936、01939 以上。选系间的遗
传相似系数也较高 (01925) 。说明通过 4 代的回交 ,多
子房近等基因系与轮回亲本间已达较高的一致性。
M0430921、M0430923 选系内遗传相似系数也很高 ,但仍
存在差异 ,分别为 01924、01989。
表 1 　近等基因系与亲本之间的平均遗传相似系数
Table 1 　Genetic similarity coefficients between the NILs and the parents
NIL
供体亲本
donor parent
与轮回亲本平均
遗传相似系数
average similarity coefficient
to recurrent parent
与供体亲本平均
遗传相似系数
average similarity coefficient
to donor parent
选系内的平均遗传
相似系数
average coefficient
within the NIL line
选系之间的平均
遗传相似系数
average coefficient
between the NIL lines
M0430921 77(2) 01936 01699 01924 01925
M0430923 01939 01693 01989
21213 　聚类分析 　依据供试材料间的遗传距离 ,采用
不加权成对群算术平均法 (UPGMA) 将供试 13 份材料
进行聚类分析 ,分析结果见图 3。
图 3 　小麦多子房近等基因系醇溶蛋白聚类图
Fig. 3 　Cluster analysis of NIL of multi2ovary wheat
based on genetic distance from gliadin data
图 3 的聚类分析结果表明 ,13 份材料在遗传距离
0157 水平上聚为 3 组 ,第 1 组为中国春 ;第 3 组为多
Ⅱ;第 2 组包括近等基因系及轮回亲本 77 (2) 共 11 份
材料 ,这 11 份材料在 0116 水平上可以分为 3 个亚类 ,
第 1 亚类包括 M043092121 ,第 2 亚类包括 M043092122、
M043092123、M043092125、M043092321、M043092322、
M043092323、M043092324、M043092325 共 8 个材料 ,第 3
亚类包括 M043092124、77 ( 2 ) 共 2 个材料。其中
M043092122 和 M043092123 , M043092321、M043092323、
M043092324 和 M043092325 间的遗传距离为 0100 ; 而
M0430923 的 5 份材料在遗传距离 0107 水平聚为一类。
聚类分析结果进一步表明 ,单子房与多子房性状的近
等基因系间、每个近等基因系内株间、及近等基因系与
轮回亲本间均存在较小的遗传差异。同时也表明醇溶
蛋白带谱在一定程度上能反映供试品系的亲缘关系远
近。
3 　讨论
近等基因系是由 Young[12 ] 最早提出来的 ,它可通
过杂交及多代回交分离育成 ,亦可通过自发突变获得。
本研究以矮败小麦为供试材料 ,使每个回交世代的去
雄杂交工作明显简化 ,仅仅通过 4 代的回交、自交 ,选
育的多子房近等基因系 M0430921、M0430923 在植株形
态性状上与轮回亲本已看不出大的差异。
小麦醇溶蛋白是胚乳中的主要贮藏蛋白 ,具有高
度的异质性和复杂性。Metakovsky 在对来自 7 个国家
的 360 个普通小麦品种和 45 个杂交组合分析的基础
上 ,构建了一个新的麦醇溶蛋白编码基因位点目录 ,发
现 Gli21、Gli22 位点群存在 111 个变异[4 ] 。此后 , G1i2
A3、G1i2B3、G1i2A4、G1i2A5、G1i2B5、G1i2D4、G1i2D5 又
相继定位在第 1、6 同源群的短臂上 ,并发现各位点群
间是紧密连锁的[13～15 ] 。醇溶蛋白丰富的多态性已经
在研究普通小麦品种、品系间的遗传差异上得到广泛
应用[5 ,6 ] 。本研究对多子房近等基因系的醇溶蛋白进
行 APAGE分析发现 ,回交后代之间、回交后代多子房
785　6 期 小麦多子房性状近等基因系的选育及遗传背景的检测
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株和单子房株分别与轮回亲本之间 ,遗传相似系数分
别为 01925、01936 和 01939 ,说明这些材料在醇溶蛋白
水平已经达到较高遗传相似性。按照经典遗传学理论
来估算 ,通过 4 代回交选育的 77 (2)多子房性状近等基
因系中应该包括 961875 %以上轮回亲本的遗传成分 ,
不可能达到与轮回亲本完全相似 ,醇溶蛋白的 APAGE
分析在本研究中揭示了这种遗传差异。基于醇溶蛋白
距离的聚类分析也可明显将供试材料分为中国春、供
体亲本 (多 Ⅱ) 和 NIL (0157 水平上) ,并基本能将亲缘
关系较近的材料聚在一起。因此 ,醇溶蛋白的 APAGE
分析可以用于近等基因系的辅助选择。
本研究中醇溶蛋白位点揭示在选育的多子房近等
基因系与轮回亲本 77 (2) 的平均遗传相似系数已分别
达到 01936、01939 ,说明回交高代材料即使表型十分相
似 ,在蛋白质水平仍可能存在一定的遗传差异。同时
近等基因系 M0430921 的多子房单株间遗传相似系数
01924 低于 M0430923 的单子房单株间 01989 ,说明其回
交选育进程中存在差异 ,供体基因的连锁累赘降低了
选育的效果。夏军红等[16 ]利用多种分子标记开展 Rf3
近等基因系的辅助选择研究 ,在 HSBC1 F1 群体中 ,通过
标记辅助选择 ,可育单株遗传背景与轮回亲本最高相
似程度达到 8319 % ,并且单侧连锁累赘的长度被控制
在 819cM 以内。田清震等[1 ]的研究表明 ,回交代数多 ,
近等基因系与轮回亲本的相似程度不一定高。因此在
近等基因系培育过程中 ,如果在每个回交世代都结合
使用生化或分子标记进行选择 ,将会提高选择效率 ,进
而得到高质量的近等基因系、尤其是含供体基因的近
等基因选系。由于小麦醇溶蛋白基因主要定位于第
1、6 同源群染色体的短臂上 ,在小麦巨大的基因组中
只占很小的比例 ,因此若要反映不同小麦品种 (系) 在
整个基因组上的差异 ,还需借助于其他的遗传标记 ,如
RAPD、SSR、AFLP 等分子标记。
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