利用660K芯片解析小麦品种济麦262的遗传构成

梅耀杰，刘成，韩冉，徐文竞，刘建军，傅晓艺，李洪振，汪晓璐，李豪圣

（1.山东省农业科学院作物研究所／农业农村部黄淮北部小麦生物学与遗传育种重点实验室／小麦玉米国家工程实验室，山东 济南 250100；2.烟台大学生命科学学院，山东 烟台 264005；3.石家庄市农林科学研究院，河北 石家庄 050049；4.武城县农业农村局，山东 武城 253300）

小麦是全世界分布最广、种植面积和贸易总量最大的作物，其产业发展情况关系着国家粮食安全和社会稳定。在小麦遗传改良中，提高小麦遗传多样性的利用对缓解我国小麦品种遗传基础狭窄和培育适应市场的多元化品种具有重要意义。因此，研究不同类型小麦的遗传构成，可为小麦育种的亲本选配提供理论支撑，同时为新种质创制和新品种选育提供指导［1］。

单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）标记与其他分子标记相比，具有多态性丰富、能较真实反映小麦品种间的亲缘关系等优点［2-4］，是研究小麦品种遗传多样性的优异手段［5］。近年来，基于小麦SNP的90K、55K和660K等芯片的成功研发，极大地加速了小麦遗传多样性研究以及基因定位与克隆的进程［6-8］。曹廷杰等［5］利用小麦高密度90K芯片对2000—2013年间河南省审品种和部分大面积种植的国审品种进行遗传多样性分析，表明参试品种间遗传相似度较高，而且品种间遗传多样性逐渐降低。李聪等［8］利用小麦55K SNP芯片检测到控制穗长和株高的QTL。Liu等［9］利用90K和600K SNP标记对小麦黑点病进行研究，检测到18个新黑点病相关位点。

济麦262是山东省农业科学院作物研究所小麦遗传育种团队以临麦2号为母本、以烟农19为父本杂交选育出的抗旱节水小麦新品种，该品种在山东省旱地区域试验中，平均单产6 939.30 kg，较对照鲁麦21增产9.74%，是近十年来增产幅度最大的旱地小麦品种。本研究利用660K SNP芯片对济麦262及其亲本进行全基因组扫描，分析了其遗传构成并对其亲本的遗传贡献做出评价，旨在为小麦新品种培育和济麦262抗旱研究提供重要信息基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

济麦262保存于山东省农业科学院作物研究所小麦遗传育种团队；临麦2号由临沂市农业科学院李宝强研究员提供；烟农19由烟台市农业科学研究院李林志研究员提供。

1.2 SNP芯片检测与分析

每个材料取20株小麦幼苗叶片，参照Liu等［9］的方法提取基因组DNA。用NanoDrop2000测定DNA浓度，用1%琼脂糖凝胶电泳检测DNA提取液的完整性，DNA含量均大于2 ng。利用660K SNP芯片对材料进行全基因组扫描，该芯片由中国农业科学院设计，利用Affymetrix SNP技术平台（北京博奥生物有限公司）检测。

利用得到的SNP基因型数据分析济麦262及其亲本的遗传构成。如果特定SNP位点的济麦262基因型与特定亲本的基因型相同，则认为济麦262从该特定亲本遗传了该基因座；存在于济麦262中但双亲均不存在的位点被视为新位点；存在于其双亲中而在济麦262中不存在的位点被视为缺失位点。随后，计算每个亲本对济麦262基因组贡献的SNP位点数。一个亲本对济麦262的基因组贡献定义为从一个亲本遗传的SNP位点数量与亲本间多态性SNP位点总数之比。

1.3 利用SNP数据构建基因型图谱

根据SNP位点侧翼序列与中国春参考序列v.1.1［10］的序列比对，将不同染色体上的SNP位点从短臂到长臂进行排序。用Microsoft Excel进行数据分析与作图。通过已知的济麦262及亲本的A、B和D染色体组上的SNP位点的位置，来绘制济麦262的遗传图谱。

2 结果与分析

2.1 济麦262的遗传构成及其亲本的遗传贡献

利用小麦660K芯片进行基因解析，共检测出63 735个有效SNP位点，其中与两个亲本都相同的位点共有42 216个（66.2%），只与亲本之一相同的位点共有21 519个（33.8%）。在A、B和D基因组中，B基因组的SNP数量最多，占总SNPs的38.2%，其次是A基因组（34.9%），D基因组的SNP数量最少（26.8%）（图1）。

根据得到的SNP位点对济麦262的基因组构成进行分析，结果（图2）显示，母本临麦2号对济麦262基因组的贡献率为59.0%，父本烟农19对济麦262基因组的贡献率为41.0%，母本对济麦262的遗传贡献率大于父本。在染色体水平上，临麦2号对济麦262的遗传贡献表现为A基因组（67.8%）＞D基因组（57.6%）＞B基因组（52.3%），且在各染色体组中贡献率最高的分别为6A（95.0%）、1B（94.0%）和7D（69.0%），最低的分别为4A（16.0%）、5B（12.0%）和4D（24.0%）。烟农19对济麦262的遗传贡献表现为B基因组（47.7%）＞D基因组（42.4%）＞A基因组（32.2%），且在各染色体组中贡献率最高的分别为4A（84.0%）、5B（88.0%）和4D（76.0%），最低的分别为6A（5.0%）、1B（6.0%）和7D（31.0%）。

图1 济麦262染色体上的SNP位点分布

图2 临麦2号和烟农19对济麦262的遗传贡献率

2.2 济麦262及其亲本SNP位点比较

济麦262及其亲本的遗传图谱根据不同染色体上SNP位点的等位基因和物理位置构建。图谱显示遗传于亲本的SNP位点差异显著（图3）。在染色体1A、3A、5A、6A、7A、1B、2B、3B、4B、1D、2D、3D、5D和7D的大部分SNP位点来源于临麦2号，表现为母本临麦2号的遗传贡献大于父本烟农19且都超过50%。染色体2A、4A、5B、6B、7B、4D和6D的大部分SNP位点来源于烟农19，表现为父本烟农19的遗传贡献大于母本临麦2号。

图3 济麦262的SNP基因型图谱

3 讨论与结论

SNP除了能够构建高密度的遗传基因图谱外，还能够对小麦的全基因组进行关联分析、对目标性状进行分子标记用于选择育种等［11］。Sukumaran等［12］利用90K SNP芯片对287个小麦材料进行全基因组扫描，检测到2个与千粒重、4个与籽粒产量、5个与成熟期有关的位点。禹文龙［13］利用90K SNP芯片对121个小麦品种盐胁迫下根鲜重、茎鲜重等6个性状进行研究，检测到与6个性状相关的47个耐盐QTL。高艳等［14］利用55K SNP芯片对周麦22及其衍生的80个品种（系）进行全基因组扫描，发现遗传相似系数平均为0.685，品种（系）间差异较大。李俊等［15］利用SSR和DArT标记解析了川麦104的遗传构成，发现了来自于亲本的25个染色体区段。陈建省等［16］利用90K SNP芯片检测到9个控制粒重的QTL。宋晓朋［17］利用小麦90K SNP芯片对黄淮麦区144个小麦品种遗传多样性分析表明黄淮麦区小麦品种可以分为5个类群，品种的分类与其生态种植区域和亲缘关系相关。本研究利用660K SNP芯片对济麦262及其亲本进行全基因组扫描，对其遗传构成进行解析，说明利用SNP芯片是研究小麦遗传多样性和遗传构成的有效方法之一。

作物品种改良可以通过常规杂交、染色体工程、理化诱变和分子标记辅助选择等方式。在小麦遗传改良中，利用骨干亲本可以培育出一批新品种或应用价值较高的衍生材料［18］。有研究报道，小麦骨干亲本在后代中的遗传会出现偏亲现象［15，19，20］。本研究结果表明，济麦262的母本临麦2号的遗传贡献率（59.0%）高于父本烟农19（41.0%），染色体间存在显著差异，在1A、3A、5A、6A、7A、1B、2B、3B、4B、1D、2D、3D、5D和7D中表现为母本临麦2号的遗传贡献大于父本烟农19且都超过50%，而在2A、4A、5B、6B、7B、4D和6D中表现为母本临麦2号的遗传贡献小于父本烟农19，出现明显的偏亲现象。在自然进化、人工驯化和人工选择过程中，因受生态条件、偶发自然灾害、育种方式和定向选择等众多因素影响，遗传贡献会出现各种类型的偏亲现象。

济麦262的母本临麦2号在大面积推广过程中表现丰产、稳产、优质、抗病等优异性状［21］，父本烟农19也是一个优质、高产、广适性小麦新品种。育种家根据选育条件和育种目标，择优汰劣，水地条件下侧重对其丰产性状的选择，旱地条件下侧重其抗逆性状的选择，使具有目标性状的材料在选择中被保留下来，最终育成抗旱节水、高产稳产、水旱两用型小麦新品种济麦262。邹少奎等［19］对周麦23的研究表明，母本周麦13的遗传贡献（63.0%）远高于父本新麦9号（37.0%）；之后其又利用SSR标记对周麦22的遗传基础进行解析，结果表明温麦6号对周麦22的遗传贡献最大（37.4%），其次是周麦13（36.1%），周麦12的贡献最小（26.5%）［22］。孔子明等［23］对周麦16的遗传构成分析显示，父本周8425B对周麦16的遗传贡献率（64.3%）远高于母本周麦9号（35.68%）。杨子博等［24］对高产节水抗旱淮麦33的遗传构成分析显示，其相较于父本郑麦991（26.1%）更多地继承了母本烟农19（73.9%）的遗传物质。与上述研究报道相似，本研究显示济麦262的高产抗旱特性也可能更多的遗传于其母本。

致谢：感谢中国农业科学院作物科学研究所肖永贵研究员在芯片检测与分析方面给予的大力帮助！感谢中玉金标记（北京）生物技术股份有限公司路亚明老师在济麦262的SNP基因型图谱构建方面给予的大力帮助！