节节麦早期生物量、产量及其相关性状在人工合成小麦背景下的QTL分析

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普通小麦(Triticum aestivum L.,2n=6x=42,AABBDD)是我国最重要的粮食作物之一,节节麦(Aegilops tauschii Coss.,2n=2x=14,DD)是普通小麦D基因组供体,具有丰富的优异性状,是小麦遗传改良的重要二级资源。人工合成小麦(Synthetic hexaploid wheat,2n=6x=42,AABBDD)是转育节节麦D基因组优异基因到普通小麦的重要桥梁,在小麦新品种的选育过程中发挥了重要作用。利用SNP标记研究在人工合成小麦遗传背景下源于节节麦D基因组的早期生物量、产量及其相关性状的QTL,以期挖掘和利用源于节节麦的有益基因改良小麦,也为分子标记辅助育种提供理论基础。为避免AB基因组的遗传重组对D基因组遗传作图的干扰,本研究以具有相同AB基因组、不同D基因组的人工合成小麦Syn79与Syn80为亲本,杂交创制重组自交系F9代为作图群体,连续3年2点5个试验环境下研究该群体及其亲本的早期生物量、产量及其相关性状,主要研究结果如下:1.利用15 K的SNP育种芯片对重组自交系F9代及其亲本进行基因型检测,在扫描的A、B和D基因组13947个SNP标记中,亲本在AB基因组上无多态性,D基因组3480个标记中153个标记亲本具多态性,这些多态性位点在D基因组不同染色体上分布不均匀:7D(34个)>1D(30个)>5D(25个)>4D(21个)>2D(20个)>6D(15个)>3D(8个)。153个多态性位点构建D基因组的遗传图谱总长度为803.84 c M,相邻位点间距在2.67 c M~6.93 c M之间,平均间距为5.25 c M。D基因组不同染色体图谱覆盖长度差异较大:7D(214.50 c M)>1D(127.58 c M)≈4D(145.52c M)≈5D(135.72 c M)>2D(69.22 c M)≈6D(89.95 c M)>3D(21.35 c M)。该图谱的建立为识别和发掘人工合成小麦遗传背景下源于节节麦的优异基因奠定基础。2.调查了重组自交系及其亲本的早期生物量相关性状,结合D基因组的遗传图谱,采用完备区间作图-加性效应作图法分析早期生物量相关性状的QTL,苗高、早期单株分蘖、早期单株鲜重和早期单株干重4个早期生物量相关性状共检测到8个QTL,这些QTL成簇分布在1DS和7D的两个染色体区段:(1)1DS区间AX-94812958~AX-110910133富集有苗高QTL—QEph.saas-1DS,早期单株分蘖QTL—QEtn.saas-1DS,早期单株鲜重QTL—QEsfw.saas-1DS和早期单株干重QTL—QEsdw.saas-1DS,这4个QTL在5个试验环境下均能检测到,解释表型变异平均值分别为7.92%,15.34%,9.64%和10.15%。(2)7D上AX-109917900~AX-110605376区间,检测到QEph.saas-7D,QEtn.saas-7D,QEsfw.saas-7D和QEsdw.saas-7D,其在5个不同环境下均能检测到,其解释表型变异率分别为16.12%,24.35%,15.25%和13.37%。这两个染色体片段上,提高早期生物量的QTL均来自人工合成小麦Syn80的D基因组供体,即节节麦AT428。由此表明源于节节麦AT428的D基因组、提高早期生物量的QTL能在人工合成六倍体小麦遗传背景稳定表达,可用于普通小麦遗传改良。3.根据3年2点5个环境下产量及其相关性状表型数据和构建的D基因组遗传图谱进行QTL分析,15个性状共检测到34个QTL,这些位点在D基因组7对染色体上均有分布,多数QTL成簇分布在1D、5D和7D,且1D和7D上的多数QTL均能在5个环境下检测到:(1)1D上的AX-109911195~AX-109908110区段同时控制单株产量、单株生物量、单株有效穗和株高,其至少在4个环境下被检测到,这些位点贡献率9.64%~13.94%,等位基因来自Syn80的D基因组供体,即节节麦AT428。1D的另一区段AX-109849585~AX-182152161具有千粒重、粒长和粒周长QTL,粒长和粒周长QTL表达稳定、贡献率高。(2)5D的AX-94647797~AX-89564905区段同时控制单株产量、单株生物量、穗粒数、小穗数和粒面积。5D上另一染色体区段AX-94840001~AX-95246226同时控制千粒重、穗粒数、穗长和单株生物量。(3)7D上AX-109917900~AX-110605376区段富集有单株产量、单株生物量、单株有效穗、株高、穗长和小穗数QTL。产量及其相关性状的QTL绝大多数来自Syn80的D基因组供体—节节麦AT428,在不同环境下表达稳定。4.比较早期生物量、产量及其相关性状,结果表明:(1)早期生物量性状与成熟期产量相关性状显著正相关:早期单株分蘖与成熟期单株有效穗、单株产量极显著正相关,早期苗高与成熟期株高、产量极显著正相关。(2)早期生物量QTL与产量及其相关性状QTL相关:早期生物量QTL与产量及其相关性状QTL可能分布在同一染色体同一区间,且位点来自同一亲本,这揭示了表型正相关的遗传基础。本研究在人工合成六倍体小麦遗传背景下定位了来自节节麦D基因组的早期生物量、产量及其相关性状的QTL,从分子水平上证明了早期生物量与产量及其相关性状的正相关,明确了节节麦AT428具有促进早期生物量、提高产量的QTL,这些位点能在六倍体小麦遗传背景下稳定表达,可用于改良小麦。
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