小麥赤霉病抗性QTL的關(guān)聯(lián)分析.pdf

1、小麥赤霉病是由禾谷鐮刀茵(FusariumgraminearumSchwabe)引起的世界性病害，在溫暖潮濕和半潮濕地區(qū)的麥區(qū)廣泛發(fā)生。尤其是中國(guó)，小麥赤霉病的發(fā)生面積已超過7×106hm2，約占全國(guó)小麥總面積的1/4，近年來，由于全球性氣候的變暖和耕作制度的改變，小麥赤霉病向北方麥區(qū)呈不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)，從而影響著國(guó)內(nèi)小麥主產(chǎn)區(qū)的糧食安全和食品安全。小麥赤霉病抗性的變異在雜交后代中是連續(xù)性變化的，呈現(xiàn)數(shù)量性狀遺傳的特征，遺傳機(jī)制復(fù)雜。研究

2、這些數(shù)量性狀位點(diǎn)，不僅能了解這些數(shù)量性狀的遺傳規(guī)律，所定位的數(shù)量性狀位點(diǎn)也能作為基因克隆的基礎(chǔ)和分子標(biāo)記輔助選擇的依據(jù)。
　　關(guān)聯(lián)分析是一種以連鎖不平衡(LD)為基礎(chǔ)，鑒定某一群體內(nèi)性狀與遺傳標(biāo)記或候選基因關(guān)系的方法，已成為研究植物基因(QTL)的有效手段之一。與連鎖分析相比，關(guān)聯(lián)分析優(yōu)點(diǎn)有花費(fèi)的時(shí)間少，廣度大，精度高的特點(diǎn)。目前，使用連鎖作圖的方法我們已經(jīng)獲得了大量QTL定位結(jié)果，為深入分析赤霉病抗病遺傳機(jī)制及抗病育種提供了基礎(chǔ)

3、。但由于多數(shù)QTL定位的區(qū)間較大，分子標(biāo)記相距較遠(yuǎn)，而且同一標(biāo)記在不同品種中往往出現(xiàn)多個(gè)等位位點(diǎn)變異，因而難以直接應(yīng)用到分子標(biāo)記輔助育種中。連鎖作圖可以初步定位控制目標(biāo)性狀等位基因的位置，而關(guān)聯(lián)作圖可以快速對(duì)目標(biāo)基因更精確地定位，關(guān)聯(lián)分析和傳統(tǒng)QTL作圖是互補(bǔ)的，兩種方法的整合將將加快數(shù)量性狀基因的鑒定和分離克隆。
　　本研究以廣泛收集的423份小麥材料為研究對(duì)象，包括了現(xiàn)有育成品種、地方品種以及部分骨干親本。利用覆蓋全基因組的1

4、22個(gè)SSR標(biāo)記進(jìn)行遺傳多樣性分析，構(gòu)建用于關(guān)聯(lián)定位分析的群體。同時(shí)對(duì)小麥赤霉病抗性進(jìn)行重復(fù)的多年多點(diǎn)的表型鑒定，與基因型數(shù)據(jù)相結(jié)合，篩選與小麥赤霉病抗性QTL相關(guān)的標(biāo)記，為精細(xì)定位相關(guān)基因提供必要信息。主要研究結(jié)果如下:
　　1.選用來自全國(guó)范圍內(nèi)的小麥品種及部分國(guó)外品種共計(jì)423份，以103對(duì)SSR引物對(duì)各小麥品種基因組DNA進(jìn)行擴(kuò)增，共檢測(cè)到453個(gè)等位位點(diǎn)，平均每個(gè)位點(diǎn)等位位點(diǎn)數(shù)為4.4個(gè)，基因多樣性平均為0.62，多態(tài)信

5、息含量為0.57，群體的遺傳多樣性較高?；蛐头治霰砻鬟@些材料具有豐富的遺傳變異及復(fù)雜的遺傳結(jié)構(gòu)，與親本的來源廣泛一致，是進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析的較為優(yōu)良的材料。
　　2.將所選小麥關(guān)聯(lián)分析群體于2010年和2011年分別在江蘇省農(nóng)科院，江蘇省六合基地及福建建陽種植。采用不同接種方式對(duì)赤霉病抗性進(jìn)行評(píng)價(jià)，品種間2個(gè)年份3個(gè)地點(diǎn)的病小穗率及病情指數(shù)的變異系數(shù)均較高，方差分析表明小麥品種及地區(qū)之間差異顯著，但重復(fù)間差異不顯著，性狀表現(xiàn)比較穩(wěn)定，

6、相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)兩年三地之間均呈顯著正相關(guān)，可以看出各品種間的抗感趨勢(shì)是相對(duì)一致的。
　　3.群體結(jié)構(gòu)分析將423份小麥品種分成了4個(gè)亞群，發(fā)現(xiàn)單一來源的品種占總品種數(shù)的83％，17％的材料擁有混合來源。而聚類分析將群體分為3個(gè)亞群，而第二個(gè)亞群又可以分為兩個(gè)小的亞群，群體結(jié)構(gòu)分析和聚類分析在很大程度上具有一致性。
　　4.利用分布于小麥21條染色體的122個(gè)標(biāo)記作圖發(fā)現(xiàn)，無論是共線性或非共線性SSR位點(diǎn)組合都有一定程度的LD

7、存在，其中共線性SSR位點(diǎn)之間的LD高于非線性SSR位點(diǎn)之間的LD，并確定了全基因組染色體上的LD衰減距離的基準(zhǔn)線為r2=0.014，。LD在遺傳距離＜50cM時(shí)是普遍的，在＞50cM以后，LD也有部分發(fā)生在更加遠(yuǎn)離的SSR位點(diǎn)間。
　　5.利用TASSEL2.1軟件中的混合線性模型進(jìn)行標(biāo)記與性狀的關(guān)聯(lián)分析，在前人定位的QTL附近發(fā)現(xiàn)了與赤霉病抗性連鎖且表型變異解釋率更高的標(biāo)記，如2D的gwm484（2010年建陽和2011年六合

8、，2.1％和3.0％）高于gwm261(1.1％，1.1％)，barc238（2010年和2011年六合，6.7％和6.8％）和barc233（2010年和2011年六合，1.4％和3.1％）均高于wmc41（1.7％和1.8％）;3A的wmc264（2010年和2011年建陽，3.8％和1.6％）略高于gwm5（1.3％和2.5％）;4B的gwm192（2010年和2011年建陽，2.5％和3.7％，11年農(nóng)科院，2.9％）高于wmc

9、238（2010年和2011年建陽，1.2％和1.6％，11年農(nóng)科院，1.6％），gwm495（1.9％和1.9％，1.5％），barc20（2010年和2011年建陽，2.9％和1.0％）;5A的gwm415（2010年農(nóng)科院，6.6％;2010年和2011年六合，5.2％和3.7％;2010年和2011年建陽，5.6％和3.6％），高于barc117(2010年農(nóng)科院和六合，1.3％和1.2％，2011年建陽，1.1％)，barc1

10、86（3.1％，4.7％和3.6％，2.9％和1.5％）;6B的gdm113(2010年和2011年農(nóng)科院，2.5％和2.9％)，gwm193(2010年和2011年農(nóng)科院，1.6％和1.2％)均高于gwm518(1.1％，1.1％)。
　　6.參照Breseghellp(2006)提出的“無效等位變異(nullallele)”方法，以攜帶“無效等位基因(nullallele)”材料表型均值為對(duì)照，對(duì)與性狀關(guān)聯(lián)位點(diǎn)的等位變異進(jìn)一步