小麥關(guān)鍵性狀遺傳解析及功能標(biāo)記開發(fā).pdf

1、小麥?zhǔn)侵匾募Z食作物，是全世界30％以上人口的主食，培育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)專用小麥品種是小麥育種研究的主要方向。遺傳分析是小麥育種的重要基礎(chǔ)；農(nóng)藝性狀的基因挖掘和 QTL分析及功能標(biāo)記的開發(fā)為小麥 MAS育種提供理論基礎(chǔ)和工具。本研究的目的和意義：通過新開發(fā)的SNP芯片，構(gòu)建高密度遺傳連鎖圖譜，采用 QTL定位分析的方法分析抽穗期、株高、粒重和籽粒硬度性狀；采用同源克隆的方法尋找和利用新的抽穗期性狀微效控制 QTL，可以根據(jù)不同的種植要求

2、微調(diào)節(jié)小麥抽穗期；新的基因（QTL）位點(diǎn)的挖掘及應(yīng)用對提高小麥產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要作用。研究包括兩部分：一是創(chuàng)建揚(yáng)麥16/中麥895DH群體，通過660K小麥 SNP芯片對198個(gè)加倍單倍體株系進(jìn)行基因分型，構(gòu)建高密度遺傳連鎖圖譜，對抽穗期、株高、千粒重和籽粒硬度等四個(gè)小麥關(guān)鍵性狀進(jìn)行QTL分析，發(fā)掘新的性狀相關(guān)QTL位點(diǎn)及其緊密連鎖的 SNP標(biāo)記，為材料的遺傳分析及相關(guān)性狀的基因克隆和分子標(biāo)記輔助育種奠定基礎(chǔ)；二是通過同源克隆的方法，分

3、離出擬南芥開花調(diào)控基因 ELF3在小麥中的同源基因，分析基因與抽穗期的相關(guān)性，并根據(jù)等位變異開發(fā)功能標(biāo)記，通過連鎖分析驗(yàn)證其功能，并用來檢測基因的不同變異類型在小麥中的分布。主要結(jié)果如下：
　?。?）遺傳圖譜的構(gòu)建：利用660K小麥 SNP芯片對198個(gè)來自揚(yáng)麥16/中麥895的加倍單倍體株系進(jìn)行全基因組掃描，去除親本間無多態(tài)性及缺失率大于20%的標(biāo)記，剩余148,225個(gè)SNP標(biāo)記，篩除嚴(yán)重偏分離標(biāo)記，將冗余標(biāo)記Binning在

4、一起，去掉不能連鎖的45個(gè)標(biāo)記，最后由10,242個(gè)標(biāo)記各自代表一個(gè) Bin位點(diǎn)，構(gòu)建了揚(yáng)麥16/中麥895遺傳圖譜。共分為25個(gè)連鎖群，小麥21條染色體被完全覆蓋，其中染色體1B、2B、4A和7A各由兩個(gè)連鎖群組成，其余染色體均為一個(gè)連鎖群。連鎖圖譜Bin數(shù)目的分布，以 A組和 B組染色體上的數(shù)目居多，其中5B達(dá)1021個(gè)；D染色體組上的標(biāo)記相對前人構(gòu)建的圖譜得到了極大豐富，Bin位點(diǎn)數(shù)目最少的是4D染色體，也達(dá)到了86個(gè)；連鎖圖譜標(biāo)

5、記密度較高，77.8%的相鄰標(biāo)記間的遺傳距離在4cM以下。
　?。?）農(nóng)藝性狀的 QTL定位：通過對揚(yáng)麥16/中麥895DH株系關(guān)鍵性狀：抽穗期、株高、千粒重和籽粒硬度值基本統(tǒng)計(jì)量分析表明，四個(gè)性狀值均呈連續(xù)分布，有一定的變異范圍，且均有超親分離現(xiàn)象，表明這些性狀為多基因控制的數(shù)量性狀，且雙親均含有加性效應(yīng)位點(diǎn)。方差分析結(jié)果表明環(huán)境方差較大，說明4個(gè)性狀均受環(huán)境影響較大；基因型方差大于誤差方差，適合做 QTL定位分析。同一性狀不同

6、環(huán)境間相關(guān)系數(shù)較高，廣義遺傳力較大，分別為0.81、0.94、0.67、0.90。用構(gòu)建的揚(yáng)麥16/中麥895高密度遺傳圖譜對抽穗期、株高、千粒重和籽粒硬度4個(gè)性狀進(jìn)行 QTL定位，分別檢測到5個(gè)、4個(gè)、6個(gè)和10個(gè)性狀相關(guān)QTL，解釋的表型變異在2.3%-51.7%之間。通過抽穗期、株高等性狀已知基因開發(fā)的 KSAP標(biāo)記驗(yàn)證，及用 QTL連鎖標(biāo)記側(cè)翼序列在小麥數(shù)據(jù)庫中 Blast分析，25個(gè)穩(wěn)定的 QTL中 QHD.caas-5DL，

7、QHD.caas-7BS， QHD.caas-7DS， QPH.caas-4BS， QPH.caas-4DS， QTKW.caas-4BS分別為已知的VrnD1，VrnB3，VrnD3，Rht-B1，Rht-D1，Rht-D1和 Rht-B1，三個(gè)環(huán)境下性狀均值解釋的表型變異除 QHD.caas-7DS外，均超過10%。4個(gè)性狀分別檢測到2個(gè)、2個(gè)、4個(gè)和9個(gè)新的 QTL位點(diǎn)。說明構(gòu)建的揚(yáng)麥16/中麥895遺傳圖譜可靠性和實(shí)用性較高。<

8、br>　　（3）新的籽粒硬度QTL效應(yīng)分析：檢測到的籽粒硬度QTL：QHD.caas-7DS解釋的表型變異為10.7-13.9%，在檢測到的籽粒硬度 QTL中效應(yīng)最大，加性效應(yīng)位點(diǎn)來自于揚(yáng)麥16。通過連鎖標(biāo)記AX-108762054在該位點(diǎn)的等位變異（A-G），進(jìn)一步分析三個(gè)環(huán)境下的籽粒硬度表型數(shù)據(jù)，兩種基因型籽粒硬度差異顯著（P<0.001），該位點(diǎn)不同于已知的Pina，Pinb，Pinb-2位點(diǎn)，值得進(jìn)一步分析，研究。
　　檢

9、測到分別位于4BS、4DS，5DL，7DS上的4個(gè)多效性 QTL區(qū)域。其中4BS，4DS的區(qū)域，是矮稈基因Rht-B1和Rht-D1增加株高、增大粒重的一因多效位點(diǎn)；5DL和7DS上同時(shí)檢測到影響抽穗期、千粒重和籽粒硬度的QTL位點(diǎn)。在這些區(qū)域，適應(yīng)性、產(chǎn)量與品質(zhì)相關(guān)性狀緊密關(guān)聯(lián)，因此通過增加重組事件，獲得產(chǎn)量和加工品質(zhì)的同時(shí)提高是可能的。在本研究中檢測到的穩(wěn)定的 QTL和重要的多效性 QTL區(qū)域與SNP標(biāo)記緊密連鎖，可用于候選基因挖掘

10、或者小麥分子標(biāo)記輔助育種。
　?。?）小麥ELF3同源基因的克隆標(biāo)記開發(fā)：以大麥HvELF3基因序列，采用同源克隆的方法，獲得了位于小麥第一同源群上的 TaELF3-1AL、TaELF3-1BL和 TaELF3-1DL基因序列。三個(gè)基因序列相似性較高，均包含四個(gè)外顯子和三個(gè)內(nèi)含子。TaELF3-1AL基因ORF長度為2319bp，編碼772個(gè)氨基酸；TaELF3-1BLORF長度為2310bp，編碼769個(gè)氨基酸；TaELF3-1

11、DLORF長度為2310bp，編碼766個(gè)氨基酸，3個(gè)基因與HvELF3基因在cDNA及氨基酸水平相似性均超過90%。由于編碼區(qū)和非編碼區(qū)在進(jìn)化過程中面對的選擇壓力不同，造成內(nèi)含子區(qū)域序列相對外顯子序列變異大，相似性較低。序列上的高度相似，預(yù)示了它們功能的相似性。
　?。?）基于普通小麥 TaELF3-1DL基因的兩個(gè)等位變異 TaELF3-1DLa和 TaELF3-1DLb，開發(fā)了一個(gè)顯性 STS標(biāo)記。該標(biāo)記能在抽穗晚的品種中均

12、能擴(kuò)增出 TaELF3-1DL的基因片段，在早抽穗的品種沒有擴(kuò)增產(chǎn)物。通過擴(kuò)增產(chǎn)物序列分析和利用藁城8901/周麥16 RIL群體QTL定位，將TaELF3-1DL定位于小麥1D染色體長臂端，并與1DL上控制抽穗期早晚的 QTL共分離，在不同環(huán)境下解釋7.7-20.6%的表型變異。在藁城8901/周麥16 RIL群體的170個(gè)家系中，101個(gè)家系基因型為 TaELF3-1DLa，69個(gè)家系基因型為 TaELF3-1DLb，兩種等位基因之

13、間抽穗期早晚差異達(dá)到1%的顯著水平。說明本研究中開發(fā)的功能標(biāo)記與抽穗期早晚高度相關(guān)，可以有效地用于小麥分子標(biāo)記輔助選擇育種。使用該標(biāo)記對282分來自中國麥區(qū)和國外的品種材料進(jìn)行TaELF3-1DL基因兩種單倍型分析，發(fā)現(xiàn)在所檢測品種中與晚抽穗相關(guān)的 TaELF3-1DLa基因型所占的比例為89.4%，與早抽穗相關(guān)的 TaELF3-1DLb基因型所占的比例為10.6%，說明在過去的育種過程中 TaELF3-1DLa被正向選擇。該研究為在小