人工合成小麦渗入育种

【作者】 郝明； 张连全； 赵来宾； 代寿芬； 李爱丽； 杨武云； 谢蝶； 李庆成； 甯顺腙； 颜泽洪； 伍碧华； 兰秀锦； 袁中伟； 黄林； 王际睿； 郑柯； 陈文帅； 余马； 陈雪姣； 程梦萍； 魏育明； 张怀刚； Kishii Masahiro； Hawkesford MJ； 毛龙； 郑有良； 刘登才；

【机构】 四川农业大学小麦所； 中国农科院作物所； 四川省农科院作物所； 中科院西高所； CIMMYT； 英国洛桑试验站；

【摘要】 【研究背景】普通小麦推广品种的主要遗传基础源于小麦地方品种的遗传重组。由于多倍化和驯化瓶颈,地方品种仅由少数的原始小麦进化形成。利用四倍体小麦和节节麦远缘杂交,模拟小麦起源,人工重新合成六倍体小麦,利用人工合成小麦为桥梁,可将普通小麦进化过程丢失的遗传变异重新渗入推广品种。因此,人工合成小麦被国内外遗传学家和资源学家给予厚望,期望成为未来小麦持续安全生产的重要手段。但是,现代品种是育种家长期优良变异聚合的结果,而人工合成小麦具有很多缺陷,将这样的"育种前"材料改良成为现代品种很不容易。尽管有少数的成功育种案例,但大多数育种家直接利用人工合成小麦进行育种的积极性不高、应用范围有限。【材料与方法】为提高人工合成小麦育种利用效率,我们设计了"双顶交-两段选择"育种方法,该程序先通过两次顶交,构成保留合成小麦1/8血缘的F1群体。在F2和F3世代,仅聚合少数质量性状,减小育种群体规模(可用100-200株)。在F4及以后的世代,聚焦选择产量性状选择。【结果与分析】利用该育种体系选育的蜀麦830是目前四川单穗最重的小麦品种,蜀麦969是近10来四川省生产试验产量最高的品种,新品种蜀麦580在云南省生产试验超其它品种30%以上,蜀麦114已完成生产试验。这些品种来自不同的杂交组合,选择过程采用了小的育种群体,证实了该技术体系的有效性,同时表明人工合成小麦基因组渗入育种在改良产量潜力方面有重要前景。新品种渗入了源自人工合成小麦的产量(TaSus2、Ta CKX6、Ta GS-D1、Ta GW2、Ta Sus1、TaTEF-7A)、品质(GPC-2、Glu-B1、Glu-D1)、生长周期(PPd-A1、Vrn-A1、Vrn-B1)等基因位点。渗入染色体区段的分布特征分析发现,新品种具有非对称的亚基因组渗入,如蜀麦830优先渗入了合成小麦A基因组区段,而蜀麦580则优先导入了B和D基因组区段。另一方面,新品种保留的合成小麦基因组片段差异大,共同渗入区段少,表明合成小麦在育种中的遗传匹配性强。QTL分析发现,合成小麦大约贡献一半的正向选择QTL位点,因而人工合成小麦作为育种亲本并没有什么劣势。【结论】通过基因组范围的渗入,可同时聚合位于不同染色体上的新变异,用于产量等复杂性状的遗传改良。期望本方法将推动人工合成小麦渗入育种工作,本方法对其它异源多倍体物种的渗入育种工作也有借鉴价值。更多还原