全 文 ：文章编号 :100028551 (2007) 062545205
小麦苗期耐盐相关性状的 QTL 分析
武玉清　刘录祥　郭会君　赵林姝　赵世荣
(中国农业科学院作物科学研究所Π国家农作物基因资源与基因改良重大科学工程 ,北京　100081)
摘 　要 :以小麦敏盐品种太空 6 号和耐盐品种德抗 961 杂交形成的 F2 和 F2 :3家系为试验材料 ,选取小麦 8
条染色体上的 321 对 SSR 引物进行亲本间多态性的筛选 ,在太空 6 号和德抗 961 之间表现多态性的 SSR
引物为 52 个 ,位点为 54 个 ,其中 barc172 和 cfa2121 两个引物分别有两个多态性位点。对这 54 个位点进
行连锁分析 ,构建了包含 42 个 SSR 标记、覆盖小麦基因组 8 条染色体的遗传连锁图 ,共 70415cM ,标记间
平均间距为 1618 cM。采用复合区间法进行耐盐 QTL 分析。对于 4 个性状共定位到 6 个 QTL ,分别位于
5A ,5B ,5D 染色体。对于发芽率 ,检测到 1 个 QTL ,位于染色体 5D 上 ,在标记 cfd40～ gwm182 之间 ,贡献
率为 7168 % ,表现加性效应 ;对于苗高 ,检测到 2 个 QTL ,分别位于染色体 5D 和 5A 上 ,在标记 gwm182～
wmc215 及 barc141～wmc415 之间 ,贡献率分别为 913 %和 8114 % ,分别表现为显性和部分显性 ;对于根
长 ,检测到 2 个 QTL ,均位于染色体 5B 上 ,在标记 gwm234 与 wmc326 及 barc140 与 barc142 之间 ,贡献率
分别为 8174 %和 8140 % ,分别表现为部分显性和超显性 ;对于鲜重 ,检测到 1 个QTL ,位于染色体 5D 上 ,
在标记 wmc215～cfd29 之间 ,贡献率为 12160 % ,表现超显性。与所得的 QTL 位点距离较近的 SSR 标记 ,
如 barc141 等 ,可望为耐盐小麦品种的分子标记辅助选择提供参考信息。
关键词 :小麦 ; 耐盐性 ; QTL (数量性状位点) ; SSR 标记
收稿日期 :2007205222
基金项目 :国际原子能机构合同项目 (RC12987)和地区合作项目 (RAS5045)
作者简介 :武玉清 (19802) ,女 ,河北宣化人 ,硕士研究生 ,主要从事小麦生物技术育种研究。
通讯作者 :刘录祥 (19652) ,男 ,陕西凤翔人 ,研究员 ,研究方向为小麦诱发突变与生物技术育种。Tel :010262122719 ; E2mail :luxiang @263. net . cn
MAPPING QTL FOR SALT TOLERANT TRAITS IN WHEAT
WU Yu2qing 　LIU Lu2xiang 　GUO Hui2jun 　ZHAO Lin2shu 　ZHAO Shi2rong
( Institute of Crop Science , Chinese Academy of Agricultural SciencesΠthe National Key Facility for Crop
Gene Resources and Genetic Improvement , Beijing 　100081)
Abstract :In order to identify QTLs associated with salt2tolerance in wheat , F2 and F2 :3 populations from the cross between the
high yield variety Taikong 6 and salt tolerant variety Dekang 961 were produced. A total of 42 SSR markers were used to
construct a linkage map , covering 70415 cM of 8 wheat linkage groups , with an average distance of 1618 cM. With the
method of composite interval mapping (CIM) , 6 QTLs were detected1 1 QTL for germination rate was detected on chromosome
5D , which could explain 7168 % of phenotypic variation and show additive effect , flanked by SSR markers cfd40 and
gwm1821 2 QTLs for seedling height were detected on chromosome 5D and 5A respectively , which could explain 9130 % and
8114 % of phenotypic variation and show dominant effects and partially dominant effects , flanked by SSR markers gwm182 and
wmc215 , barc141 and wmc415 , respectively. 2 QTLs for root length were detected on chromosome 5B , which could explain
8174 % and 8140 % of phenotypic variation and show partially dominant and super effects , flanked by SSR markers gwm234
and wmc326 , barc140 and barc142 , respectively11 QTL for fresh weight was detected on chromosome 5D , which could
explain 12160 % of phenotypic variation and show super dominant effects , flanked by SSR markers wmc215 and cfd291 The
molecular markers identified in this study could be helpful for marker2assisted selections and pyramiding salt2tolerance genes in
545　核 农 学 报　2007 ,21 (6) :545～549Journal of Nuclear Agricultural Sciences
wheat breeding programs1
Key words :wheat ; salt tolerance ; QTL ; SSR marker
　　土壤盐渍化是影响作物产量和品质的自然逆境之
一 ,培育耐盐品种是作物有效利用盐渍化土壤的一条
根本途径。耐盐小麦是目前我国盐碱地主要作物栽培
品种之一 ,对其耐盐相关基因进行精确定位对于培育
耐盐碱品种起着非常重要的作用。小麦耐盐性研究较
早 ,但耐盐基因定位较晚。
Dubcvsky 等[1 ] 以与植物耐盐性密切相关的 K+ Π
Na + 吸收比作为参数指标 ,利用 RFLP 分子标记将控制
K+ ΠNa + 吸收比基因定位在小麦 4D 染色体长臂上 ;
Annette Weidner 等[2 ]人用基因渗透法检测到与耐盐有
关的基因可能在 3D、4D 和 7D 染色体上。国内对小麦
耐盐基因进行定位主要使用 BSA (Bulked segregant
analysis)法。索广力等[3 ] 利用 RAPD2BSA 技术筛选到
与小麦耐盐突变体 8901217 耐盐突变位点紧密连锁的
RAPD 标记 OperonQ4。王宏英等[4 ] 以小麦耐盐突变体
RH8706249 与敏盐突变 H8706234 的杂交 F2 世代作为
基因定位群体将耐盐相关基因定位于 3BL 上 ,并得出
其与微卫星标记 Xgwm299 连锁 ,遗传距离为 518 cM。
刘旭等[5 ]应用 SSR 标记技术 ,筛选到了与小麦材料 98
～160 耐盐性状连锁的 SSR 标记 WMS67 和 WMS213 ,
它们与耐盐基因的遗传距离分别为 131 9 cM 和 311 0
cM ,将该主效抗性基因定位在 5BL 上。翁跃进[6 ] 使用
BSA 法 ,用 RFLP 探针标记将小麦耐盐种质茶淀红麦
的耐盐基因定位在 5AL 上。单雷[7 ] 筛选到了与山融 3
号耐盐性状连锁的 SSR 标记 Xgwm304 ,与主效耐盐基
因位点的遗传距离为 24141cM ,该主效耐盐基因定位
于 5AS 上。
使用 BSA 法只能定位到效应较大的主效基因 ,而
无法发现效应较小的微效基因。本试验利用 SSR 标
记对耐盐品种德抗 961 与高产品种太空 6 号杂交后代
的耐盐相关基因进行 QTL 初步分析 ,以期定位到更多
的耐盐相关基因 ,为小麦育种的耐盐性基因聚合及分
子标记辅助选择提供依据。
1 　材料与方法
111 　供试材料
选用耐盐性达一级的品种德抗 961 (DK961) 与高
产品种太空 6 号 (TK6)进行杂交 ,以杂交形成的 186 个
F2单株 ,160 个 F2 :3 家系为试验材料。其中 F2 材料为
作图群体 ,F2 :3家系用于苗期耐盐性鉴定。
112 　小麦苗期的耐盐性鉴定
用 160 个 F2 :3家系在 115 %化学纯 NaCl 溶液中做
耐盐性鉴定 ,使用水培法进行试验。试验设 2 次重复 ,
每个重复 20 粒 ,每粒种子均腹沟向下摆放 ,粒与粒之
间保持一定距离 ,均匀放置。温度 18 ℃～21 ℃,与盐
胁迫培养方法[5 ] 相同。7d 后调查发芽率 ,测量根长 ,
苗高 ,称取鲜重。
所测指标均换算成耐盐指数 ,即盐胁迫下该性状
的平均值与清水对照下平均值之比值。
耐盐指数 = 盐水中相关性状数值Π清水中相关性
状数值
113 　分子标记分析
11311 　DNA 提取 　分别采集亲本及其 186 个 F2 单株
的幼叶 ,利用 CTAB 法[8 ]提取 DNA。琼脂糖凝胶电泳 ,
与定量 Marker 比较估测浓度 , 并稀释至 50ngΠL。
11312 　SSR 标记分析 　以 Somers 等[9 ] 发表的包含
1235 个 SSR 引物的遗传连锁图为蓝图 ,在前人[1 ,2 ,4～7 ]
的研究基础上选取位于 3A、3D、4D、7D、3B、5B、5A、5D
共 8 条染色体上的 321 对 SSR 引物进行研究。所用引
物由北京英骏生物公司合成。PCR 反应体系为 20μl ,
包括 1 ×buffer ,115 mmolΠL MgCl2 ,0125mmolΠL dNTPs ,
0125μmolΠL 引物 ,40～80 ng DNA 和 1 U Taq 聚合酶。
具体程序 : 94 ℃预变性 3 min ; 94 ℃变性 1min , 50 ℃、
55 ℃或 60 ℃(因引物而异)退火 1min , 72 ℃延伸 1 min ,
30 个循环 ;最后 72 ℃延伸 10min , 4 ℃保存。PCR 反应
产物用 6 %变性聚丙烯酰胺凝胶进行恒功率电泳 , 电
泳约 115h 后银染 ,最后干燥胶片进行带型统计。
11313 　基因型的记载 　F2 群体中每个位点有 3 种带
型 ,来源于太空 6 号的带型记为 A ,来源于德抗 961 的
带型记为 B ,杂合型记为 H ,缺失记为“ - ”。
114 　遗传图谱的构建
用 Map Manager QTX 0130 软件进行 SSR 标记连锁
分析 ,计算标记间的距离 ,用 Excel 中的宏[10 ] 绘制遗传
连锁图。
115 　统计分析和 QTL 分析
用 SAS 软件进行基本统计分析。用 Windows QTL
Cartographer 215 软件进行 QTL 分析 ,LOD 阈值为 215。
2 　结果与分析
211 　亲本德抗 961、太空 6 号和 F2 :3家系耐盐性表现
645 核　农　学　报 21 卷
从表 1 中可知 ,耐盐亲本德抗 961 的 4 个性状 ,即
发芽率 ,根长 ,苗高及鲜重的表型值均明显高于太空 6
号 ,两者差异经 t 检验均达极显著水平。4 个性状中
F2 :3家系表型值以苗高范围变化最大。分别对这 4 个
性状进行正态分布检验 (图 1) ,结果表明这 4 个性状
均符合 QTL 作图的要求。
表 1 　亲本的耐盐指数及 F2 :3家系的范围
Table 1 　Salt tolerant index of the Parents and the range of their F2 :3 lines in four traits
品种
material
发芽率指数
index of germination rate
苗高指数
index of seedling height
根长指数
index of root length
鲜重指数
index of fresh weight
太空 6 号 Taikong 6 01200 01092 01123 01158
德抗 961 Dekang961 01750 01152 01278 01381
F2 :3 01075～11000 01004～01400 01023～01514 01146～01534
图 1 　F2 :3家系耐盐指数分布图
Fig. 1 　Distrabution of salt2tolerance index in the F2 :3 family
a : 发芽率指数 ; b :苗高指数 ; c : 根长指数 ; d : 鲜重指数
a :index of germination rate ; b :index of seedling height ; c : index of root length ; d : index of fresh weight
212 　四个性状间的相关性分析
从表 2 可以看出 ,四个性状中 ,两两之间都存在极
显著的相关性。其中鲜重与根长、苗高相关性最高 ,相
关系数分别达到了 01566 和 01427。
表 2 　性状间的相关性分析
Table 2 　Correlations of four salt tolerant traits
苗高指数
seedling height
index
根长指数
root length
index
鲜重指数
fresh weight
index
发芽率指数 germination rate index 0125833 0137533 0136733
苗高指数 seedling height index 0116633 0142733
根长指数 root length index 0156633
注 :33表示达 1 %显著水平
Note :33 significance at 1 % level 213 　图谱构建选取小麦 8 条染色体上的 321 对引物进行亲本间多态性的筛选 ,在太空 6 号和德抗 961 之间表现多态性的 SSR 引物为 52 个 ,多态性位点共 54 个 ,其中barc172 和 cfa2121 两个引物分别有两个多态性位点 ;多态性比例为 1516 %。对 54 个标记位点在 F2家系中的分离数据进行卡平方检测 ,发现有 21 个标记位点不符合 1∶2∶1 分离 ,占 3819 % ,偏分离比例较高。使用Map Manager QTX 0130 软件 ,对 54 个位点全部进行连锁分析。最终将 42 个 SSR 标记定位到 8 条染色体上 ,连锁图覆盖小麦基因 70415cM ,标记间平均间距为1618 cM。与 Somers 等[9 ]发表的包含 1235 个 SSR 引物
745　6 期 小麦苗期耐盐相关性状的 QTL 分析
的遗传连锁图进行对照 ,大部分标记顺序与之是一致
的 ,但也有个别位点位置发生了颠倒 ,如在染色体 5A
中 ,barc141 与 cfa2121 位置发生了颠倒。
214 　QTL 分析
采用 QTL Cartographer 215 软件进行 QTL 分析 ,以
LOD ≥21 5 为确定某一位点存在 QTL 的阈值 ,分析结
果见图 2 和表 3。对于发芽率 ,检测到 1 个 QTL ,位于
染色体 5D 上 ,在标记 cfd40～ gwm182 之间 ,与 gwm182
距离较近 ,为 8 cM ,贡献率为 7168 % ,表现加性效应。
对于苗高 ,检测到 2 个 QTL ,分别位于染色体 5D 和 5A
上 ,在标记 gwm182～wmc215 及 barc141～wmc415 之
间 ,贡献率分别为 913 %和 8114 % ,分别表现为显性和
部分显性。对于根长 ,检测到 2 个 QTL ,均位于染色体
5B 上 ,在标记 gwm234～wmc326 及 barc140～barc142 之
间 ,贡献率分别为 8174 %和 8140 % ,分别表现为部分
显性和超显性。对于鲜重 ,检测到 1 个 QTL ,位于染色
体 5D 上 ,在标记 wmc215～cfd29 之间 ,与 wmc215 距离
较近 ,为 14 cM ,贡献率为 12160 % ,表现为超显性。本
研究所发现 6 的个 QTL 中 ,3 个来自父本德抗 961 ,3
个来自母本太空 6 号。
图 2 　在太空 6 号Π德抗 961 分离世代中检测到与耐盐性状相关的 QTLs
Fig. 2 　QTLs for salt tolerance detected based on the segregating populations
derived from a cross between Taikong6 and Dekang961
3 　讨论
本研究中 F2 :3性状数据呈正态分布 ,说明德抗 961
的耐盐性可能是多个微效基因共同作用的结果。这与
单雷[7 ]推测德抗 961 的耐盐性由多个微效基因控制的
结果一致。
在构建染色体遗传图谱时 ,本研究没有对全部 21
对染色体进行作图 ,而是在前人研究的基础上选择可
能与耐盐基因相关的 8 条染色体展开研究。这样可以
更加经济有效地对目标基因进行定位。
本研究利用 321 个 SSR 标记 ,筛选到在亲本间有
差异位点 54 个 ,偏分离位点比例为 3819 %。偏分离现
象是普遍存在的[11 ] ,就本研究而言 ,出现偏分离的可
845 核　农　学　报 21 卷
　　　　　
表 3 　小麦耐盐相关 QTL 的染色体位置、最高 LOD 值、位点效应及贡献率
Table 3 　Chromosome location , LOD scores and allelic effect of QTLs for salt tolerance related traits
性状
trait
染色体
chromo2
some
侧翼标记
franking
Marker
距左翼标记
距离 (cM)
distance
LOD
加性效应
additive
effect
显性效应
dominant
effect
显性度
| DΠA| 作用方式1)action 贡献率R2( %)
发芽率
germination rate
5D cfd40～gwm182 8 2197 01122 - 01023 0119 A 7168
苗高
seedling height
5D gwm182～wmc215 26 3123 01019 01023 1121 SD 913
根长 5B gwm234～wmc326 26 2184 - 01049 01039 0180 PD 8174
root length 5B barc140～barc142 312 3100 - 01010 01047 4110 SD 8140
鲜重 5D wmc215～cfd29 14 3144 - 01023 01047 2104 SD 1216
fresh weight 5A barc141～wmc415 015 3100 01122 - 01027 0122 PD 8114
注 :A :加性 (显性度 = 0～012) ;PD :部分显性 (显性度 = 0121～0180) ;D :显性 (显性度 = 0181～112) ;SD :显性 (显性度 > 112)
Note :A : additive (dominant degree = 0～012) , PD : partially dominance (dominant degree = 0121～018) ; D : dominance (dominant degree = 0181～112) ; SD :super
dominance (dominant degree > 112) [10 ]
能原因有以下两点 : (1)与作图群体有关。这可以选择
太空 6 号与德抗 961 杂交产生的其他类型群体进一步
验证 ; (2) 作图标记较少 ,这可用 AFLP 等多态性较高
的分子标记继续进行试验。
大量的证据表明 ,在发育的不同阶段 ,植物对盐的
敏感性不同 ,耐盐性在种子萌发期和幼苗生长期由不
同的基因控制[12～14 ] 。本研究在苗期对耐盐性进行鉴
定 ,结果检测到的 QTL 均出现在第五同源转化群上。
刘旭等[5 ]同样通过苗期耐盐性鉴定将耐盐种质 98 -
160 主效耐盐基因定位于 5BL 上。单雷[6 ] 也是使用苗
期的耐盐性鉴定结果将山融 3 号的耐盐主效基因定位
于 5AS 上[7 ] 。翁跃进对中国春与茶淀红麦杂交得到的
F2 分离世代进行了苗期和芽期耐盐性鉴定 ,利用
RFLP 标记将小麦耐盐种质茶淀红麦的耐盐基因定位
在 5A 染色体长臂上。本研究的结果与前人关于苗期
耐盐基因的定位具有高度一致性 ,因此认为小麦苗期
耐盐性的基因很可能与第五同源群相关。这些结果将
对深入认识小麦耐盐性的分子机制以及利用分子标记
辅助选择和克隆耐盐 QTL 等提供一定的理论基础。
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