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植物根系起着吸收养分和水分的作用,因此,根系形态的变化会对植物吸收养分和水分产生重要的影响,并进而会影响到产量。小麦是世界上最重要的粮食作物之一,但目前对于小麦根系形态遗传基础的研究还很少。对调控小麦根系形态的遗传机制进行研究,并鉴定出调控根系形态的QTL,位点或基因,对于通过分子标记辅助选择根系性状的方式来提高小麦水分和养分的利用效率具有重要的意义。我们首先利用一套“小偃54×京411”RIL群体在水培条件下定位了一些调控苗期小麦根系形态的QTL位点；并利用一套根系形态存在显著差异的近等基因系178A和178B杂交后构建的F2群体,对一个主效QTL位点(TaLRO-B1)进行了精细定位；进而研究了近等基因系178A和178B的根系形态对乙烯响应的异同；主要研究结果如下:
1.“小偃54×京411”RIL群体的各根系形态参数均存在着较大的遗传变异。QTL分析共检测到控制12个根系形态参数的56个QTL位点,主要分布在2B、2D、4B、6A、6B、7B等染色体上,许多控制不同根系性状的QTL位点共定位或成簇分布。
2.在2B染色体短臂上检测到一个控制主根长(最长根长和总种子根长)的主效QTL,分别可以解释68％和59％的表型变异。该位点还调控着侧根长、总根长、侧根面积、主根面积、总根面积、侧根体积和平均根直径。在重复试验中,该位点分别可以解释移苗后第8天和第12天最长根长表型变异的34.0％和38.8％。
3.利用高代分离法从“小偃54×京411”杂交后代中筛选出一对根系形态存在显著差异的近等基因系178A和178B。水培条件下,178B幼苗的根长、根面积及根系体积约是178A幼苗的1.5-2倍,主要表现为178B的主根和侧根显著比178A的长,但二者的根尖数无显著差异。178A和178B的主根长度差异主要是成熟区细胞数目的差异所致。遗传学分析表明,一个显性核基因调控了178A和178B根系的差异发育,我们将其命名为TaLRO-B1。通过分子标记检测发现该位点即是利用“小偃54×京411”RIL群体检测到的位于2B染色体上的主效QTL。利用包含1979个单株的“178A×178B”F2群体,将TαLRO-B1精细定位在一个0.15 cM的遗传区间,位于标记Xwmc382和TαETR2-B1之间,其中距离标记TαETR2-B10.05 cM,SSR标记Xbarc1138与表型共分离。利用中国春缺体四体和缺失系将TaLRO-B1物理定位于2BS-0.75-1.00 Bin上。
4.178A和178B的根系对乙烯生物合成前体ACC和乙烯信号途径的抑制剂Ag+处理的响应不同。ACC处理能显著抑制178B的主根长和侧根长,使178B与178A具有相似的表型,而Ag+处理则能使178A的最长根长伸长,与178B的最长根长的差距减小。178A和178B的乙烯释放量无显著差异。这些结果说明乙烯可能参与了这对近等基因系根系的差异发育,推测可能是178A的信号途径被加强造成了它的短根表型。ACE对178A和178B的根毛发育均有较强的促进作用,而AVG和Ag+则抑制根毛的发育,说明乙烯能促进小麦根毛的发育。