以下文章來源于一麥眾承 ，作者龐斌雙

 

      作者簡介：

 

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      利用回交轉育方法，將多種高分子量麥谷蛋白亞基（HMW-GS）基因分別轉育到中強筋小麥品種小偃54和中偏弱筋品種偃展1號背景中（見圖1偃展1號的示例），回交5-6代后與輪回親本田間表型基本一致。兩年多點種植的品質測試結果表明，優質的HMW-GS組合在不同的遺傳背景下作用效果不同，HMW-GS基因表達的數量與面筋強弱沒有固定的規律，個別基因沉默卻因為HMW-GS基因的表達具有互補效應并沒有達到預期弱筋的效果，但是可以通過打破HMW-GS中x-tye和y-type亞基的平衡來培育弱筋品種。

 

 

      1.1 不同HMW-GS在中強筋品種小偃54背景下的品質表現

 

      不同HMW-GS在小偃54（1，14+15，2+12）遺傳背景下的品質表現見表1，編號1為輪回親本小偃54，從各項品質指標反饋的結果顯示，在所有HMW-GS組合類型中，編號4品系的組合類型（1，7+8，5+10）品質指標最好，其穩定時間、面筋指數、SDS-沉淀值、形成時間比小偃54均極顯著提高，其中穩定時間提高11.02分鐘，面筋指數提高18%，SDS-沉淀值提高11.92，說明在表中所有的組合類型中“1，7+8，5+10”組合類型是強筋品質育種的最佳組合類型。在Glu-B1位點：編號2品系用“7”亞基替換了小偃54的“14+15”亞基后，穩定時間和形成時間略有降低，不顯著，面筋指數和SDS-沉淀值略有上升，不顯著；編號3品系用“7+9”亞基替換了小偃54的“14+15”亞基后，穩定時間提高了2.85分鐘，達到極顯著水平，對其他品質指標的影響不顯著；編號4和編號6品系相比，編號4品系用“7+8”亞基替換了編號6品系的“14+15”亞基后，穩定時間提高了5.46分鐘，形成時間提高了4.17分鐘，二者均達到極顯著水平，面筋指數提高4.99%，達到顯著水平，SDS-沉淀值提高6.25，未達顯著水平。在Glu-D1位點：編號6品系用“5+10”亞基替換了小偃54的“2+12”亞基后，穩定時間提高了5.56分鐘，面筋指數提高13%，SDS-沉淀值提高11.92，形成時間提高了3.39分鐘，均達到極顯著水平；編號2和編號5品系相比，編號5品系用“5+10”亞基替換了編號2品系的“2+12”亞基后，穩定時間提高了10分鐘，面筋指數提高10.5%，SDS-沉淀值提高11.92，形成時間提高了6.17分鐘，均達到極顯著水平。

 

      通過以上結果顯示，在中強筋的小麥遺傳背景中，在Glu-D1位點中5+10亞基能夠急劇提高面團的穩定時間、形成時間、面筋指數和SDS-沉淀值，但是與不同位點的HMW-GS組合不同，其影響大小不同，在本實驗中適合強筋的最優組合類型為“1，7+8，5+10”。在Glu-B1位點，“7+8”亞基對穩定時間、形成時間和面筋指數顯著提高，對SDS-沉淀值有提高但未達顯著水平；“7+9”亞基能夠極顯著提高面團的穩定時間，對其他品質指標影響不顯著。

 

表1 小偃54背景下HMW-GS近等基因系品質表現

 

 

      1.2 不同HMW-GS在中偏弱筋品種偃展1號背景下的品質表現

      不同HMW-GS在偃展1號（14+15，4+12）遺傳背景下的品質表現見表2，編號7為輪回親本偃展1號，從各項品質指標反饋的結果顯示，在所有HMW-GS組合類型中，因偃展1號為中偏弱筋品種，在Glu-A1位點和Glu-D1位點分別導入“1”號亞基和“5+10”亞基時，個別品系極顯著提高了穩定時間等品質指標，但提高幅度遠沒有達到小偃54背景下品質指標的提高幅度，甚至部分品系反倒起了反作用如編號5因為“1”的導入使品質指標急劇下降，幫了倒忙，說明Glu-1三個位點表達的亞基組合之間存在某種平衡，強筋和弱筋育種對HMW-GS組合類型的需求不同，并不是傳統意義上表達的HMW-GS數量越多或越少越有利于強筋或弱筋品質育種。在Glu-A1 位點：編號1和編號3，編號6和編號7，編號9和編號10，編號11和編號12等的品質結果表明，多數品系導入“1”亞基有利于各種品質指標的提高，但個別品系因為HMW-GS組合類型的不同對個別指標反而有反作用，如編號1（14+15，5+10）和編號3（1，14+15，5+10）。在Glu-B1位點：編號2品系用“7+9”亞基替換了編號1品系的“14+15”亞基后，SDS-沉淀值顯著提高，達到極顯著水平，面筋指數和形成時間顯著提高，達到顯著水平，穩定時間略有上升，不顯著；編號5品系的“8*”亞基替換了編號8品系“7”亞基后，穩定時間、SDS-沉淀值、面筋指數、形成時間顯著下降，達到極顯著水平，說明“8*”亞基是未來弱筋小麥育種的重要基因資源，在編號4品系盡管導入了“1”和“5+10”亞基，也很難抵消“8*”亞基對弱筋影響的重要作用。編號11品系的“7+8*”亞基替換了編號10品系“14+15”亞基后，穩定時間、面筋指數、SDS-沉淀值顯著提高，達到顯著水平。在Glu-D1位點：在Glu-A1位點有“1”號亞基基因存在時，如編號6和編號10品系品質指標顯示，“2.2+12”比 “4+12”更有利于弱筋品質的提升，在Glu-A1位點為“null”基因時，如編號7和編號9品系的品質結果，“4+12”比“2.2+12”有利于弱筋小麥品質提升，其他品質指標接近；從編號3和6品系的品質指標比較結果看，在已經具有“1”和“14+15”的基礎上，“5+10”與“4+12”的貢獻各有優勢，“5+10”有利于穩定時間的提高，但“4+12”在SDS-沉淀值、面筋指數和形成時間指標上顯著優于“5+10”，達到極顯著或顯著水平；從編號1-4的四個品系可以看出，沒有導入1號亞基的編號1和2，“5+10”對品質的改善非常顯著，但存在“5+10”后，再導入“1”號亞基后如品系3和4，卻使各項品質指標急劇下降，說明骨干親本的遺傳背景和不同HMW-GS組合類型兩者對品質的影響非常巨大。

 

表2 偃展1號背景下HMW-GS近等基因系品質表現

 

 

 

      1.3 品質育種的思考

 

      以上兩個遺傳背景的HMW-GS近等基因系的品質測試結果表明，品質育種是個非常復雜的系統工程，低分子量麥谷蛋白亞基、醇溶蛋白、淀粉等基因都或多或少參與并影響了面粉的加工品質，因此骨干親本本底遺傳背景的選擇是品質育種成敗的關鍵，選擇好的親本可以起到事半功倍的效果。在強筋小麥育種中，個人感覺要選擇至少中強筋以上的骨干親本為本底品種，在Glu-A1位點導入“1”或“2*”亞基基因，Glu-B1位點導入“7+8”或“7OX+8”（圖2）亞基基因，Glu-D1位點導入“5+10”亞基基因是強筋小麥育種的有效策略，期間可以根據品質指標的要求對HMW-GS組成進行適當微調。在弱筋小麥品質育種中還需要做更深入的研究，比強筋小麥育種難度要大，根據本實驗結果個人建議在Glu-A1位點導入“1”號亞基基因，Glu-B1位點導入“8*”亞基基因，Glu-D1位點導入“2.2+12”或“4+12”亞基基因將有利于弱筋小麥品種的培育，至于僅含有“8*，4+12”或“8*，2.2+12”的品質指標會否成為弱筋小麥育種的策略，還需要看后續小麥所的后續進一步的進展和品質測試結果。

 

 

圖2 A：云麥33中過量表達的7ox亞基基因；  B：過量表達1Bx7ox基因的啟動子驅動GUS過量表達

 

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      依據《主要農作物品種真實性SSR分子標記檢測 普通小麥》（NY/T2859-2015）的42個SSR位點構建了審定小麥標準樣品的SSR指紋。指紋數據分析結果顯示，所有標準樣品中無差異的標準樣品99份，有1個差異位點的標準樣品86份，有2個差異位點的標準樣品199份，有3個差異位點的標準樣品167份，有4個差異位點的標準樣品173份，統計涉及0-4個差異位點的標準樣品總計724份。0到4個差異位點的標準樣品占比見圖3，從圖3的數據可以看出，差異位點為2的審定小麥標準樣品占比最高達到13.6%，3和4個差異位點的標準樣品占比稍低，0-4個差異位點的樣品總數占比達到49.49%，接近50%，可見我國審定小麥標準樣品的遺傳背景非常狹窄，小麥種業的育種創新力不足，過度集中使用少數骨干親本是造成遺傳背景狹窄的主因。

 

 

 

圖3 審定品種中篩查的近似品種占比

 

      注：0：42個位點中無差異位點的樣品占比；1：差異位點為1的樣品占比；2：差異位點為2的樣品占比；3：差異位點為3的樣品占比；4：差異位點為4的樣品占比；0-4：差異位點為0-4個位點的樣品占比。

 

      2.2 已審小麥品種DNA位點純合率現狀

 

      多年科學研究結果表明，系統選育方法選育的小麥6代新品系DNA位點純合率平均為95.5%以上，即在42個位點中最多有2個分離位點。分析審定小麥標準樣品DNA指紋數據顯示，DNA位點純合率在95%以上的樣品占比僅為66%左右（圖4）。DNA位點純合率低的參試品種性狀肯定存在分離，其他育種家通過提純復壯方法很容易從中選出新品種，如圖5的示例，SB000120是標準樣品煙農24號，而J18-0030樣品為監督抽查樣品，通過指紋數據大家可以明顯看出，J18-0030是從煙農24號提純復壯的樣品，在WP03、WP15、WP18、WP22、WP35等5個位點上分別攜帶了標準樣品2個等位變異的1個。此種案例不勝枚舉。在此也提醒育種者有創新性的優良品種如果想取得新品種權并希望徹底得到保護，一定要把控好DNA位點純合率，確保別人無法提純復壯。DNA位點純合率低不利于原始品種權的保護，也給品種鑒定、市場監管和司法鑒定帶來很多困難，畢竟小麥品種指紋是群體指紋合力表現的結果，用系譜方法選育出來的品種中，很難找到全基因組水平完全相同的個體，跟人和動物等雜合個體指紋的表現完全不同，因此為了保護育種者的新品種權，建議小麥品種高世代參試，或者從第4代開始監控42個SSR位點或96個SNP位點的純合情況。

 

 

圖4 標準樣品的分離DNA位點分布

 

 

圖5 分離DNA位點的知識產權糾紛示例

 

      2.3 歷年國家區試參試品系近似品種篩查情況

 

      國家區域試驗特異性鑒定一直采用遺傳相似系數為90%的閾值，即與已知品種遺傳相似系數小于90%（42個位點中差異位點數4個以上）的參試品種，具備特異性，而與已知品種遺傳相似系數大于90%（42個位點中差異位點數4個以下）的品種，可能不具備特異性，需要通過田間相鄰種植鑒定。本人分析匯總了2009-2019年國家區域試驗參試樣品的近似品種篩查情況（表3和圖6）。11年DNA檢測的參試樣品總數為1622份，進行特異性鑒定的樣本數1418份，篩查出有近似品種的參試品種數為195份，占比13.8%。年度間差異較大。2014年篩查近似品種數最多，占比20.54%，以后呈現逐年降低趨勢，2019年降到最低9.57%。說明國家區域試驗的參試品種數量呈現顯著增長，參試品種的質量得到大幅度提升，DNA指紋監控作用凸顯。

 

表3  2009-2019年國家小麥區域試驗參試樣品篩查出與已審定品種近似的樣品數

 

 

圖6 近似品種占比隨年份變化趨勢

 

      2.4 小麥近似品種多的成因分析

 

      審定小麥品種的標準樣品是我國小麥市場監管和國家區域試驗特異性鑒定的基礎和保障。由于早期沒有引入DNA指紋檢測技術，區試審定前未進行特異性和真實性質控，部分不具備特異性的品種或重復審定的品種通過審定，造成我國審定品種的標準樣品近似或指紋相同樣品偏多，給后期區試小麥品種特異性鑒定和市場監管帶來巨大挑戰。

 

      ?2.4.2 國家、省市級區試、各種聯合體等區試質控和審定缺乏聯動統一

 

      國家審定小麥標準樣品中有些品種有2個以上標準樣品，有國家級審定標準樣品，有省市級審定標準樣品，個別還有引種后改名字的標準樣品，且部分同名標準樣品指紋不一致。出現此種現象的原因是大部分省市級區域試驗并未納入DNA指紋監控技術，目前小麥DNA指紋監控技術僅在國家、北京、河南、河北、江蘇、湖北、山西、陜西、重慶、天津、四川等省市、良種攻關、聯合體等區域試驗中應用。還沒有形成聯動機制，DNA指紋質控范圍僅限于審定品種和本級參試品種范圍內，缺乏全國范圍內統一指紋比對監控，因此造成同品不同名，同名指紋不一致現象仍然存在，給審定小麥標準的規范化管理、監督抽查、區試質控等造成沒有必要的麻煩。小麥是異源六倍體作物，隨著育種世代的增加和育種家不斷的提純復壯，分離DNA位點會逐漸減少，純合DNA位點逐漸增加，早期審定的標準樣品和后期審定的標準樣品DNA指紋會發生變化。因此建議國家級、省市級等提交的標準樣品應該分級提交和保存。建議加大其他省市級小麥區試DNA指紋檢測力度和覆蓋面，建立各級區試聯動統一質控體系，保證優良品種通過審定。

 

      ?2.4.3 標準樣品提取和DNA指紋建庫相對滯后

 

      標準樣品由種業司統一管理，樣品儲存在國家種質庫，由于樣品管理涉及部門多，經費緊張，也由于疫情等原因，導致從2019年至今一直沒有申請到新增標準樣品，因此近幾年區試特異性質控不能與時俱進，最終會有部分不具備特異性等特性的品種通過審定。

 

      ?2.4.4 區試參試品種缺乏EDV審定標準

 

      因已審品種指紋相同或相近品種較多，造成每年區試參試品種篩查出近似品種較多，整理近幾年的區域試驗近似篩查結果，發現山西、河北、山東、河南參試的小部分品種主要與表4的品種形成相似群，如以煙農19號為代表的相似群1，以滄麥6004為代表的相似群2，以良星系列為代表的相似群3，以周麥16為代表的相似群4，以及以周麥22為代表的相似群5等等，每個相似群涉及的品種均列在表中。反映出育種單位過渡單一使用少數骨干親本現象嚴重，建議加快建立EDV品種的審定標準，保護優良品種的知識產權，提升育種者創新意識，從制度上遏制品種抄襲或修飾現象，鼓勵原始創新 。

 

表4 近幾年區試品種涉及已知品種的主要相似群

 

 

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      3.1 加大種質資源外引力度，提高我國農作物遺傳資源多樣性

 

      種質資源是國家糧食安全和提高我國種業核心競爭力的基礎。2018年有幸跟農村部領導去日本培訓考察，發現日本80%以上的資源都來源于海外，而我國資源庫90%的資源都來源于國內。很明顯我國收集和外引資源的意識不強，創新動力不足，我們每一個育種人都應該有居安思危意識，有責任和義務利用并創造一切機會收集更多的國外農作物遺傳資源，加大外引資源的鑒定評價力度，豐富我國農作物資源多樣性，提高我國品種創新活力，為國家糧食安全和民族種業振興貢獻一份自己的力量。

 

      3.2 做大做強分子設計育種，提高精準育種效率

 

      分子設計育種是非常高效的育種方法，在品質育種、抗病育種等領域發揮了巨大作用，如育成的強筋品種師欒02-1、藁城2018、新麥26、鄭麥366、濟麥44、西農979等品種，這些品種的研發主體主要為科研院所和大學。企業在分子育種方面的應用力度稍顯不足。總體感覺我國小麥分子設計育種進展緩慢，多數建立在個別基因、個別性狀的單一化分子育種階段，資金投入嚴重不足，沒有很好的把種質資源、規模化表型鑒定和資源的全基因組基因分型等大數據優勢有機整合，仍然是以田間經驗育種為主，分子輔助育種為輔的育種階段。本所具備規模化基因分型平臺、高密度已知品種SNP指紋及表型等大數據庫，具備搭建分子設計育種平臺的技術優勢，誠摯歡迎各位有志于分子設計育種服務的老師合作和親臨指導！

 

      3.3 做好標準研發，為種業做好技術支撐

 

      本團隊主要從事小麥品種分子鑒定技術開發與利用研究，目前已經制定了小麥品種真實性、品種純度等分子鑒定標準，特異性、一致性和穩定性等標準已經在區域試驗領域應用10年有余，在此也希望本群全體老師對以前標準中存在的問題多提寶貴意見和建議，為后期品種分子鑒定標準的研發和完善獻計獻策。隨著國際植物新品種保護公約1991年文本的實施，實質派生品種（EDV）的分子鑒定也納入快速制定軌道，對EDV品種分子鑒定大家有什么意見和建議歡迎提出指導意見。歡迎各位老師來北京小麥種子檢測中心參觀、指導、交流和合作！！！

 

      來源：一麥眾承