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为降低小麦穗发芽（PHS）危害，研究人员筛选高代小麦材料，确定分子标记育种效果，助力小麦育种。
# 小麦抗穗发芽研究：开启分子育种新篇章
在小麦的生长历程中，收获前的关键时刻若遭遇连续降雨或潮湿环境，一场 “噩梦” 便可能降临 —— 穗发芽（Pre-harvest sprouting，PHS）。穗发芽就像潜伏在小麦丰收路上的 “破坏者”，一旦发生，麦粒在麦穗上就提前萌动，这不仅会让小麦产量大幅 “缩水”，其加工品质也大打折扣，种子价值更是一落千丈。在我国，随着降雨线北移，黄淮麦区受穗发芽危害的风险与日俱增，部分地区在小麦收获季因降雨导致田间麦穗发芽严重，严重威胁着我国的粮食安全。
长期以来，小麦育种研究侧重于高产、优质、广适和抗病等方向，而白粒小麦大多对穗发芽抵抗力较弱。一旦收获期降雨，这些小麦就极易发芽，影响粮食质量。传统的小麦穗发芽抗性鉴定方法，如整穗发芽试验、籽粒发芽试验和田间穗发芽试验，受环境因素影响大，鉴定结果不稳定。虽然分子标记辅助选择技术为精准育种带来了希望，但已开发的许多分子标记仅在特定环境和遗传背景下有效，难以广泛应用于小麦育种。因此，寻找能有效评估穗发芽抗性的分子标记，成为科研人员亟待攻克的难题。
为了解决这一困境，安徽省农业科学院作物研究所和安徽农业大学农学院的研究人员携手开展了一项关键研究。他们的成果发表在《Scientific Reports》上，为小麦抗穗发芽育种带来了新的曙光。
研究人员在这项研究中，主要运用了以下关键技术方法：
- 种植实验：将 238 份高代小麦材料种植在淮北濉溪六湖基地，该基地地势平坦、土壤肥沃、灌溉便利，为实验提供了良好的种植条件。
- 抗性鉴定：参照小麦品种抗穗发芽鉴定标准（T/GJXMLZ - CARS - 2020），依据相对种子发芽指数（RSGI）将小麦材料的抗穗发芽能力分为 5 个等级，以此对材料进行精准评估。
- 分子标记检测：从每个种质中选取两份标准种子，采用 SDS - Tris 法提取基因组 DNA，利用 Vp1B3、myb10 - D、PM19 - A1 和 MFT - A2 等分子标记进行 PCR 扩增，再通过 1.5% 琼脂糖凝胶电泳检测分析，确定材料的基因型。
下面来详细看看研究人员取得的成果：
- 小麦种质资源的 PHS 表型分析：研究人员对 238 份高代小麦材料进行检测，发现其种子发芽指数在 3% - 91% 之间，RSGI 范围为 0.03 - 1.00，不同抗性等级的小麦 RSGI 差异明显。其中，高抗材料有 7 份，占比 2.9%；抗穗发芽材料 86 份，占比 36.1%；中等抗性材料 83 份，占比 34.9% 。这表明高代材料中各材料的抗性水平差异显著，且抗性材料比例较大。
- Vp1B3 在小麦抗 PHS 中的有效性分析：Vp1B3 是源自 TaVp - 1B 第 3 内含子的 STS 标记。研究检测到 6 种等位变异，其中 TaVp - 1Bb（854 bp）和 TaVp - 1Bc（569 bp）基因型存在于抗穗发芽材料中，TaVp - 1Ba（652 bp）基因型存在于发芽材料中。在 238 份材料中，TaVp - 1Ba 基因型材料的平均 RSGI 为 0.39，TaVp - 1Bc 基因型材料的平均 RSGI 为 0.26，二者差异显著（P = 0.000） 。这说明 TaVp - 1Ba 与 PHS 相关，TaVp - 1Bc 与抗 PHS 相关，Vp1B3 可用于筛选小麦抗 PHS 材料。
- myb10D 在小麦抗 PHS 中的有效性分析：Tamyb10 是与种子休眠相关的基因，位于小麦 3A、3B 和 3D 染色体长臂上。分子标记 myb10D 是根据 Tamyb10 - D1 基因序列多态性开发的。在 238 份材料（203 份白粒、35 份红粒）中，多数材料抗性在中等及以上。但分析发现，Tamyb10 基因与红粒小麦抗 PHS 基因的紧密连锁可能被打破，且 myb10D 标记的两种基因型中，Tamyb10 - D1a 基因型材料占比 76.1%，平均 RSGI 为 0.28，未检测到 Tamyb10 - D1b 基因型材料。因此，myb10D 可能不适合用于筛选小麦抗 PHS 材料。
- PM19 - A1 在小麦抗 PHS 中的有效性分析：TaPM19 - A1 是小麦胚胎休眠的正调控因子，其基因有两种等位变异。PM19 - A1 标记可扩增出两种片段，TaPM19 - A1a 基因型能扩增出 117 bp 片段，TaPM19 - A1b 基因型能扩增出 99 bp 片段。在 238 份材料中，TaPM19 - A1a 基因型材料平均 RSGI 为 0.18，TaPM19 - A1b 基因型材料平均 RSGI 为 0.31，二者差异显著（P = 0.000） 。表明 TaPM19 - A1a 与抗 PHS 相关，TaPM19 - A1b 与感 PHS 相关，PM19 - A1 可用于筛选小麦抗 PHS 材料。
- MFT - A2 在小麦抗 PHS 中的有效性分析：TaMFT 基因可抑制小麦种子发芽，MFT - A2 标记是根据其启动子区域单核苷酸多态性开发的。该标记可扩增出两种片段，TaMFT - A2a 基因型能扩增出 148 bp 片段，TaMFT - A2b 基因型能扩增出 115 bp 片段。在 238 份材料中，TaMFT - A2a 基因型材料平均 RSGI 为 0.3，TaMFT - A2b 基因型材料平均 RSGI 为 0.35，差异显著（P = 0.000） 。说明 TaMFT - A2a 与抗 PHS 相关，TaMFT - A2b 与感 PHS 相关，MFT - A2 适合用于筛选小麦抗 PHS 材料。
- 小麦种质聚合高抗 PHS 等位基因分析：研究检测了 238 份材料中有效抗 PHS 分子标记 Vp1B3、MFT - A2 和 PM19 - A1 的基因位点，共发现 6 种等位变异组合。携带 TaVp - 1Bc/TaPM19 - A1b/TaMFT - A2a 组合的材料最多。高抗材料 23JD392 和 23JD393 含有 TaVp - 1Bc/TaPM19 - A1a/TaMFT - A2a 三种抗性基因，RSGI 最低。这表明有效抗发芽等位基因数量越多，材料的抗发芽能力越强。
- 红粒小麦材料的种子价值：在 35 份红粒小麦材料中，多数为 Tamyb10 - D1a 基因型，有 5 份材料无扩增条带。部分材料表现出不同的抗穗发芽能力，且 5 份抗穗发芽材料未携带 Tamyb10 基因，其抗性水平与其他红粒小麦无显著差异，这意味着 Tamyb10 基因与红粒小麦抗 PHS 基因的紧密连锁可能被打破，有利于白粒小麦品种抗 PHS 能力的改良。
综合研究结果，研究人员得出以下结论：STS 标记 Vp1B3、PM19A1 和 MFT - A2 可用于高代小麦种质的抗 PHS 基因型分型和标记辅助选择育种。通过基因型和表型筛选出了 3 份高抗 PHS 的红粒小麦材料（23JD392、23JD393 和 23JD481）和 4 份白粒小麦材料（23JD025、23JD085、23JD541 和 23JD655） 。同时，首次发现 Tamyb10 基因与红粒小麦抗 PHS 基因的紧密连锁可能被打破。这些成果为小麦抗穗发芽遗传育种提供了重要的理论依据和实践指导，筛选出的材料可作为优良亲本培育抗穗发芽小麦新品种，也能在穗发芽高发地区作为抗性材料种植，为保障我国小麦安全生产奠定了坚实基础。不过，研究也存在一定局限性，如高代材料 SGI 的年际差异、更多优良基因组合的挖掘以及聚合育种对小麦其他农艺性状的影响等问题，还需进一步深入研究。未来，随着对小麦抗穗发芽机制的深入探索和分子标记技术的不断发展，有望培育出更多抗穗发芽且综合性能优良的小麦品种，守护好国家的 “粮袋子”。
