小麦黄色素相关分子标记的有效性验证

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0475

摘要/Abstract

摘要：

为推动高黄色素小麦分子标记辅助育种工作，测定46个小麦品种（系）的面粉黄色素含量，对黄色素生物合成途径的关键酶(PSY、PDS、ZDS、LCYE)基因，及对面粉具有漂白作用的氧化酶(LOX、POD)基因的相关分子标记进行有效性验证。研究结果显示，不同基因位点的分子标记呈现出不同的情况。Psy-A1和Psy-B1位点的功能标记YP7A和YP7B2，Lox-B1位点的显性互补功能标记LOX16和LOX18，在46个小麦品种（系）中均检测到不同的等位变异，不同等位变异间面粉黄色素含量平均值的差异达极显著水平(P<0.01)。Pds-B1位点的共显性功能标记YP4B1和YP4B2，在46个小麦品种（系）中检测到的不同等位变异之间面粉黄色素含量相关性未达到显著水平(P=0.063)。Pod-A1位点的共显性功能标记POD3A1和POD3A2，在46个小麦品种（系）中检测到的不同等位变异之间面粉黄色素含量无显著差异，但Pod-A1a型材料（低POD活性）面粉黄色素含量均值略高于Pod-A1b型材料（高POD活性）。功能标记YP7A、YP7B2、LOX16和LOX18可用于高黄色素小麦分子标记辅助育种，而共显性功能标记YP4B1和YP4B2、POD3A1和POD3A2在高黄色素小麦分子标记辅助育种时应谨慎使用。

关键词: 小麦, 黄色素含量, 黄色素相关基因, 分子标记, 等位变异, 分子标记辅助育种

Abstract:

To advance molecular marker-assisted breeding of high yellow pigment (YP) wheat, this study validated the effectiveness of molecular markers associated with key enzymes (PSY, PDS, ZDS, and LCYE) in the YP biosynthesis pathway and oxidative enzymes (LOX, POD) responsible for flour bleaching. This was achieved by measuring flour YP content in 46 wheat varieties (lines). Functional markers YP7A and YP7B2 at the Psy-A1 and Psy-B1 loci, as well as dominant complementary functional markers LOX16 and LOX18 at the Lox-B1 locus, detected distinct allelic variations across the 46 wheat varieties (lines). The differences in mean flour YP content between these allelic variants reached highly significant levels (P<0.01). However, codominant functional markers YP4B1 and YP4B2 at the Pds-B1 locus showed no significant correlation (P=0.063) between allelic variations and flour YP content. Similarly, codominant functional markers POD3A1 and POD3A2 at the Pod-A1 locus revealed no significant differences in YP content between allelic variants, though Pod-A1a materials (low POD activity) exhibited slightly higher mean YP content compared to Pod-A1b materials (high POD activity). Functional markers YP7A, YP7B2, LOX16, and LOX18 are recommended for molecular marker-assisted breeding of high-yellow pigment wheat, whereas codominant markers YP4B1, YP4B2, POD3A1, and POD3A2 should be applied cautiously in such breeding programs.

Key words: wheat, yellow-pigment content, yellow-pigment related gene, molecular marker, allelic variation, marker-assisted breeding

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图/表 3

参考文献 18

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标记名称	引物序列(5'→3')		扩增片段/bp	等位变异	表型	文献
标记名称	F	R	扩增片段/bp	等位变异	表型	文献
YP7A	GGACCTTGCTGATGACCGAG	TGACGGTCTGAAGTGAGAATGA	194	Psy-A1a	高YP含量	[13]
YP7A	GGACCTTGCTGATGACCGAG	TGACGGTCTGAAGTGAGAATGA	231	Psy-A1b	低YP含量	[13]
YP7A-2	GCCAGCCCTTCAAGGACATG	CAGATGTCGCCACACTGCCA	1686	Psy-A1a/b	不确定	[14]
YP7A-2	GCCAGCCCTTCAAGGACATG	CAGATGTCGCCACACTGCCA	1001	Psy-A1c	不确定	[14]
YP7B2	GCCACCCACTGATTACCACTA	CCAAGGTGAGGGTCTTCAAC	482	Psy-B1c	高YP含量	[14]
YP4B1	AAGTTGGTGGGAGTTCCTGTC	TGTCAGCAATGACAAAAGGATGCA	-	Pds-B1a	不确定	[16]
YP4B1	AAGTTGGTGGGAGTTCCTGTC	TGTCAGCAATGACAAAAGGATGCA	652	Pds-B1b	不确定	[16]
YP4B2	AAGTTGGTGGGAGTTCCTGTC	GTGAACTCCTGAAACAGAAAGATTG	382	Pds-B1a	不确定	[16]
YP4B2	AAGTTGGTGGGAGTTCCTGTC	GTGAACTCCTGAAACAGAAAGATTG	-	Pds-B1b	不确定	[16]
LOX16	CCATGACCTGATCCTTCCCTT	GCGCGGATAGGGGTGGT	489	Lox-B1a	高LOX活性	[19]
LOX16	CCATGACCTGATCCTTCCCTT	GCGCGGATAGGGGTGGT	-	Lox-B1b	低LOX活性	[19]
LOX18	ACGATGTGAGTTGTGACTTGTGA	GCGCGGATAGGGGTGC	-	Lox-B1a	高LOX活性	[19]
LOX18	ACGATGTGAGTTGTGACTTGTGA	GCGCGGATAGGGGTGC	791	Lox-B1b	低LOX活性	[19]
POD3A1	ACGGGAGACGACGAGAAGCAAAG	TCGTGGAAGTGTAGGCGAAGA	291	Pod-A1a	低POD活性	[23]
POD3A1	ACGGGAGACGACGAGAAGCAAAG	TCGTGGAAGTGTAGGCGAAGA	-	Pod-A1b	高POD活性	[23]
POD3A2	GTGGCGCAGGGCCTGTCA	TCGTGGAAGTGTAGGCGAAGA	-	Pod-A1a	低POD活性	[23]
POD3A2	GTGGCGCAGGGCCTGTCA	TCGTGGAAGTGTAGGCGAAGA	766	Pod-A1b	高POD活性	[23]

标记名称	引物序列(5'→3')		扩增片段/bp	等位变异	表型	文献
标记名称	F	R	扩增片段/bp	等位变异	表型	文献
YP7A	GGACCTTGCTGATGACCGAG	TGACGGTCTGAAGTGAGAATGA	194	Psy-A1a	高YP含量	[13]
YP7A	GGACCTTGCTGATGACCGAG	TGACGGTCTGAAGTGAGAATGA	231	Psy-A1b	低YP含量	[13]
YP7A-2	GCCAGCCCTTCAAGGACATG	CAGATGTCGCCACACTGCCA	1686	Psy-A1a/b	不确定	[14]
YP7A-2	GCCAGCCCTTCAAGGACATG	CAGATGTCGCCACACTGCCA	1001	Psy-A1c	不确定	[14]
YP7B2	GCCACCCACTGATTACCACTA	CCAAGGTGAGGGTCTTCAAC	482	Psy-B1c	高YP含量	[14]
YP4B1	AAGTTGGTGGGAGTTCCTGTC	TGTCAGCAATGACAAAAGGATGCA	-	Pds-B1a	不确定	[16]
YP4B1	AAGTTGGTGGGAGTTCCTGTC	TGTCAGCAATGACAAAAGGATGCA	652	Pds-B1b	不确定	[16]
YP4B2	AAGTTGGTGGGAGTTCCTGTC	GTGAACTCCTGAAACAGAAAGATTG	382	Pds-B1a	不确定	[16]
YP4B2	AAGTTGGTGGGAGTTCCTGTC	GTGAACTCCTGAAACAGAAAGATTG	-	Pds-B1b	不确定	[16]
LOX16	CCATGACCTGATCCTTCCCTT	GCGCGGATAGGGGTGGT	489	Lox-B1a	高LOX活性	[19]
LOX16	CCATGACCTGATCCTTCCCTT	GCGCGGATAGGGGTGGT	-	Lox-B1b	低LOX活性	[19]
LOX18	ACGATGTGAGTTGTGACTTGTGA	GCGCGGATAGGGGTGC	-	Lox-B1a	高LOX活性	[19]
LOX18	ACGATGTGAGTTGTGACTTGTGA	GCGCGGATAGGGGTGC	791	Lox-B1b	低LOX活性	[19]
POD3A1	ACGGGAGACGACGAGAAGCAAAG	TCGTGGAAGTGTAGGCGAAGA	291	Pod-A1a	低POD活性	[23]
POD3A1	ACGGGAGACGACGAGAAGCAAAG	TCGTGGAAGTGTAGGCGAAGA	-	Pod-A1b	高POD活性	[23]
POD3A2	GTGGCGCAGGGCCTGTCA	TCGTGGAAGTGTAGGCGAAGA	-	Pod-A1a	低POD活性	[23]
POD3A2	GTGGCGCAGGGCCTGTCA	TCGTGGAAGTGTAGGCGAAGA	766	Pod-A1b	高POD活性	[23]

编号	品种（系）	等位变异类型								黄色素含量/(mg/kg)
编号	品种（系）	YP7A	YP7B2	YP4B1	YP4B2	LOX16	LOX18	POD3A1	POD3A2	黄色素含量/(mg/kg)
1	C1002	Psy-A1a			Pds-B1a		Lox-B1b			8.76±0.02
2	C1001	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a		Lox-B1b		Pod-A1b	7.53±0.03
3	山农48	Psy-A1a			Pds-B1a		Lox-B1b		Pod-A1b	5.96±0.06
4	济麦8040	Psy-A1a			Pds-B1a		Lox-B1b		Pod-A1b	4.48±0.10
5	石U5012	Psy-A1a	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		5.78±0.01
6	济麦22	Psy-A1a			Pds-B1a		Lox-B1b		Pod-A1b	3.16±0.08
7	徐18164	Psy-A1a	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		4.58±0.08
8	周麦22	Psy-A1a	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		5.66±0.21
9	济南18	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a	Lox-B1a		Pod-A1a		3.46±0.20
10	乐麦558	Psy-A1b	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		4.39±0.08
11	改良鲁麦8号	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	3.55±0.13
12	衡0816	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a		Lox-B1b			5.36±0.10
13	运97154	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a		Lox-B1b			5.27±0.08
14	邯原1号	Psy-A1b	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		4.24±0.16
15	龙麦1号	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a		Lox-B1b			5.27±0.13
16	徐18174	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	4.48±0.10
17	河农638	Psy-A1a			Pds-B1a		Lox-B1b		Pod-A1b	4.36±0.07
18	金丰5129	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a	Lox-B1a		Pod-A1a		4.39±0.17
19	山农1355	Psy-A1a			Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	4.33±0.13
20	衡4399	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a	Lox-B1a		Pod-A1a		3.46±0.13
21	藁麦5号	Psy-A1a			Pds-B1a		Lox-B1b		Pod-A1b	4.33±0.17
22	淮0432	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a		Lox-B1b	Pod-A1a		4.27±0.24
23	鲁研217	Psy-A1a	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		4.21±0.30
24	哈高6号	Psy-A1a			Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	3.34±0.17
25	淮阴9701	Psy-A1a			Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	3.31±0.30
26	运旱21-30	Psy-A1a	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		5.60±0.27
27	齐丰1号	Psy-A1a			Pds-B1a		Lox-B1b	Pod-A1a		2.83±0.24
28	邯02-6018	Psy-A1a			Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	2.71±0.23
29	冀师02-1	Psy-A1a			Pds-B1a		Lox-B1b		Pod-A1b	2.62±0.21
30	860955	Psy-A1b			Pds-B1a	Lox-B1a		Pod-A1a		2.53±0.27
31	冀麦585	Psy-A1b			Pds-B1a		Lox-B1b	Pod-A1a		2.50±0.10
32	新农1718	Psy-A1b			Pds-B1a		Lox-B1b	Pod-A1a		2.35±0.35
33	冀麦185	Psy-A1b			Pds-B1a		Lox-B1b	Pod-A1a		2.35±0.08
34	河农4361	Psy-A1b			Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	2.29±0.03
35	河农6049	Psy-A1b		Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		2.29±0.27
36	济麦262	Psy-A1a			Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	1.96±0.25
37	山农2149	Psy-A1a			Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	1.93±0.24
38	临麦4号	Psy-A1b			Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	1.90±0.13
39	鲁麦16	Psy-A1b		Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		1.75±0.01
40	石新828	Psy-A1b			Pds-B1a		Lox-B1b			1.35±0.10
41	良星99	Psy-A1a			Pds-B1a		Lox-B1b		Pod-A1b	3.94±0.08
42	鲁原502	Psy-A1a		Pds-B1b			Lox-B1b		Pod-A1b	4.18±0.13
43	临资5126	Psy-A1a			Pds-B1a	Lox-B1a		Pod-A1a		3.10±0.23
44	徐18170	Psy-A1a	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		6.32±0.17
45	淮麦32	Psy-A1a	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		6.26±0.11
46	徐18173	Psy-A1a	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		6.17±0.28

编号	品种（系）	等位变异类型								黄色素含量/(mg/kg)
编号	品种（系）	YP7A	YP7B2	YP4B1	YP4B2	LOX16	LOX18	POD3A1	POD3A2	黄色素含量/(mg/kg)
1	C1002	Psy-A1a			Pds-B1a		Lox-B1b			8.76±0.02
2	C1001	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a		Lox-B1b		Pod-A1b	7.53±0.03
3	山农48	Psy-A1a			Pds-B1a		Lox-B1b		Pod-A1b	5.96±0.06
4	济麦8040	Psy-A1a			Pds-B1a		Lox-B1b		Pod-A1b	4.48±0.10
5	石U5012	Psy-A1a	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		5.78±0.01
6	济麦22	Psy-A1a			Pds-B1a		Lox-B1b		Pod-A1b	3.16±0.08
7	徐18164	Psy-A1a	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		4.58±0.08
8	周麦22	Psy-A1a	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		5.66±0.21
9	济南18	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a	Lox-B1a		Pod-A1a		3.46±0.20
10	乐麦558	Psy-A1b	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		4.39±0.08
11	改良鲁麦8号	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	3.55±0.13
12	衡0816	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a		Lox-B1b			5.36±0.10
13	运97154	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a		Lox-B1b			5.27±0.08
14	邯原1号	Psy-A1b	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		4.24±0.16
15	龙麦1号	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a		Lox-B1b			5.27±0.13
16	徐18174	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	4.48±0.10
17	河农638	Psy-A1a			Pds-B1a		Lox-B1b		Pod-A1b	4.36±0.07
18	金丰5129	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a	Lox-B1a		Pod-A1a		4.39±0.17
19	山农1355	Psy-A1a			Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	4.33±0.13
20	衡4399	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a	Lox-B1a		Pod-A1a		3.46±0.13
21	藁麦5号	Psy-A1a			Pds-B1a		Lox-B1b		Pod-A1b	4.33±0.17
22	淮0432	Psy-A1a	Psy-B1c		Pds-B1a		Lox-B1b	Pod-A1a		4.27±0.24
23	鲁研217	Psy-A1a	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		4.21±0.30
24	哈高6号	Psy-A1a			Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	3.34±0.17
25	淮阴9701	Psy-A1a			Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	3.31±0.30
26	运旱21-30	Psy-A1a	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		5.60±0.27
27	齐丰1号	Psy-A1a			Pds-B1a		Lox-B1b	Pod-A1a		2.83±0.24
28	邯02-6018	Psy-A1a			Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	2.71±0.23
29	冀师02-1	Psy-A1a			Pds-B1a		Lox-B1b		Pod-A1b	2.62±0.21
30	860955	Psy-A1b			Pds-B1a	Lox-B1a		Pod-A1a		2.53±0.27
31	冀麦585	Psy-A1b			Pds-B1a		Lox-B1b	Pod-A1a		2.50±0.10
32	新农1718	Psy-A1b			Pds-B1a		Lox-B1b	Pod-A1a		2.35±0.35
33	冀麦185	Psy-A1b			Pds-B1a		Lox-B1b	Pod-A1a		2.35±0.08
34	河农4361	Psy-A1b			Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	2.29±0.03
35	河农6049	Psy-A1b		Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		2.29±0.27
36	济麦262	Psy-A1a			Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	1.96±0.25
37	山农2149	Psy-A1a			Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	1.93±0.24
38	临麦4号	Psy-A1b			Pds-B1a	Lox-B1a			Pod-A1b	1.90±0.13
39	鲁麦16	Psy-A1b		Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		1.75±0.01
40	石新828	Psy-A1b			Pds-B1a		Lox-B1b			1.35±0.10
41	良星99	Psy-A1a			Pds-B1a		Lox-B1b		Pod-A1b	3.94±0.08
42	鲁原502	Psy-A1a		Pds-B1b			Lox-B1b		Pod-A1b	4.18±0.13
43	临资5126	Psy-A1a			Pds-B1a	Lox-B1a		Pod-A1a		3.10±0.23
44	徐18170	Psy-A1a	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		6.32±0.17
45	淮麦32	Psy-A1a	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		6.26±0.11
46	徐18173	Psy-A1a	Psy-B1c	Pds-B1b			Lox-B1b	Pod-A1a		6.17±0.28