小麦是全球最重要的粮食作物之一，籽粒中镉的过量积累和铜、镁的缺乏严重威胁人类健康。然而，在现代高产育种导向下，小麦品种的遗传多样性日趋狭窄，籽粒铜、镁含量持续下降，镉含量增加。野生二粒小麦和地方品种蕴藏着丰富的优异等位基因，但如何在降低镉含量的同时提升铜、镁营养水平，且不受农艺性状的影响，一直是小麦分子育种面临的技术瓶颈和科学热点。

近期，四川农业大学陈光登教授团队完成的题为“Major and stably expressed QTLs for grain cadmium, copper, and magnesium concentrations that are independent of the main agronomic traits in tetraploid wheat”的研究在Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》，JIA）2026年10期正式发表。

本研究聚焦“小麦矿质元素的遗传基础”，利用四倍体野生二粒小麦LM001与四川地方品种Ailanmai构建的四倍体小麦重组自交系群体，结合多年多点的表型数据，鉴定出控制籽粒镉、铜和镁含量的主效位点多个。在此基础上，开发了与主效位点紧密连锁的分子标记，并在不同遗传背景的群体中进行了验证；同时预测了区间内的候选基因，分析了这些位点与农艺性状的相关性。该研究成果为通过分子标记辅助选择协同实现小麦籽粒降镉、富铜、增镁提供了理论支撑和重要的基因资源。

主要研究结果如下：

主效位点的鉴定

该研究以四倍体小麦构建的重组自交系为材料，结合3年5个不同生态点的表型数据和芯片数据，共鉴定到11个控制籽粒镉（7个）、铜（3个）和镁（1个）含量的QTL。其中，QGrCdc.sau-AM-5A和QGrCdc.sau-AM-5B是控制籽粒镉含量的主效QTL，解释7.44-30.89%的表型变异；QGrCuc.sau-AM-4A是一个控制铜含量的主效QTL，解释8.21-18.23%的表型变异；QGrMgc.sau-AM-4A是一个控制镁含量的主效QTL，解释12.19-14.91%的表型变异。

主效或微效籽粒镉、铜和镁含量QTL定位结果

主效位点的验证

通过将鉴定到的籽粒镉、铜和镁含量主效位点与前人报道的镉、铜和镁相关性状位点的物理位置进行比较，推测出QGrCdc.sau-AM-5A、QGrCuc.sau-AM-4A和QGrMgc.sau-AM-4A可能是新的主效位点。根据660K芯片数据开发紧密连锁的KASP标记KASP-AX-111001298和KASP-AX-109581996，在两个不同遗传背景的群体中成功验证了主效位点的遗传效应。开发的分子标记对构建低镉、富铜和镁含量的小麦具有重要意义。

QGrCdc.sau-AM-5A、QGrCuc.sau-AM-4A、和QGrMgc.sau-AM-4A在MP和LP群体中的验证

候选基因分析

利用侧翼标记将QGrCdc.sau-AM-5A、QGrCdc.sau-AM-5B、GrCuc.sau-AM-4A和QGrMgc.sau-AM-4A瞄定在硬粒小麦、野生二粒小麦和中国春小麦参考基因组，对区间内的高可信度候选基因进行预测。在这4个区间中我们一共预测到12个可能与金属元素吸收和转运相关的候选基因。表达模式分析结果表明TRIDC5AG052690、TRIDC5BG060070和TRIDC4AG008520在籽粒中具有较高的表达量，可能为主效QTL的候选基因，但均需通过精细定位和功能分析进行验证。

相关性分析

基于不同环境的BLUP值分析籽粒镉、铜和镁含量与11种农艺性状（株高、旗叶长、旗叶宽、穗长、穗颈长、每穗粒数、穗密度、小穗数、粒长、粒宽和千粒重）的关系。结果表明，籽粒铜含量与籽粒镁含量存在显著正相关。籽粒镉含量、籽粒铜含量和籽粒镁含量与11种农艺性状之间没有相关性。这表明，对这些位点进行遗传改良可在不影响农艺性状的前提下，协同降低籽粒镉含量、提高铜和镁含量。

四川农业大学陈光登教授为该论文的通讯作者，博士研究生曾照勇为第一作者，马建教授为共同作者。本研究得到国家自然科学基金（31971944）和四川省杰出青年科学基金（2022JDJQ0006）的资助。

Cite the article: Zhaoyong Zeng, Jian Ma, Ying Wang, Yuxin Lan, Longxing Su, Bin Chen, Huaping Tang, Deyi Hu, Bingjie Chen, Yinggang Xu, Yang Li, Xuesong Gao, Chunji Liu, Guangdeng Chen. 2026. Major and stably expressed QTLs for grain cadmium, copper, and magnesium concentrations that are independent of the main agronomic traits in tetraploid wheat. Journal of Integrative Agriculture, 25(10): 4002-4013.

https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.12.019    

Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》, JIA）由中华人民共和国农业农村部主管，中国农业科学院与中国农学会主办，中国农业科学院农业信息研究所承办。综合性英文学术期刊，月刊。创刊于2002年，现任主编为中国科学院院士陈化兰。JIA主要栏目有作物科学、园艺、植物保护、动物科学、动物医学、农业生态环境、食品科学、农业经济与管理等。刊稿类型有综述、研究论文、简报以及评述等。全部论文在Elsevier-ScienceDirect (SD) 平台OA出版。最新SCI影响因子5.7，位于SCI-JCR农业综合学科Q1区。中国科学院分区农林科学1区。2016年以来先后获得中国科协等部委 “提升计划”“登峰计划”“卓越计划”项目支持。

支持单位：