





中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (21): 4137-4149.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.21.001
张泽源1(
), 李玥2, 赵文莎1, 顾晶晶3, 张傲琰1, 张海龙1, 宋鹏博1, 吴建辉1, 张传量1, 宋全昊4, 简俊涛5, 孙道杰1(
), 王兴荣2(
)
收稿日期:2023-03-28
接受日期:2023-04-20
出版日期:2023-11-01
发布日期:2023-11-06
通信作者:
联系方式:
张泽源,E-mail:18238768351@163.com。
基金资助:
ZHANG ZeYuan1(
), LI Yue2, ZHAO WenSha1, GU JingJing3, ZHANG AoYan1, ZHANG HaiLong1, SONG PengBo1, WU JianHui1, ZHANG ChuanLiang1, SONG QuanHao4, JIAN JunTao5, SUN DaoJie1(
), WANG XingRong2(
)
Received:2023-03-28
Accepted:2023-04-20
Published:2023-11-01
Online:2023-11-06
摘要:
【目的】小麦是世界总产量第二的粮食作物,而粒重是影响小麦产量的重要因素。以和尚头(HST)和陇春23(LC23)衍生的216个家系重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)群体为材料,基于55K SNP基因型数据,针对小麦粒重相关性状进行QTL定位,开发和验证粒长主效QTL的共分离标记,为分子标记辅助选择育种提供参考。【方法】利用小麦55K SNP芯片对亲本和RIL群体进行基因分型,构建高密度遗传连锁图谱,并与中国春参考基因组IWGSC RefSeq v1.0进行相关性分析。基于完备区间作图法对多环境粒重相关性状进行QTL定位;通过对主效QTL进行方差分析,判断不同QTL间的加性互作效应,并分析其对粒重相关性状的影响。同时,根据粒长主效QTL的共分离SNP位点开发相应的竞争性等位基因特异性PCR标记(kompetitive allele specific PCR,KASP),并在242份国内外小麦种质构成的自然群体中进行验证。【结果】构建了和尚头/陇春23 RIL群体的高密度遗传图谱,全长4 543 cM,共包含22个连锁群,覆盖小麦21条染色体,平均遗传距离为1.7 cM。遗传图谱与物理图谱具有显著相关性,Pearson相关系数为0.77—0.99(P<0.001)。共检测到51个粒重相关QTL,其中,有4个为3个及以上环境稳定表达的主效QTL,分布在2D、5A、6B和7D染色体。根据物理区间和功能标记分析主效QTL Qtkw.nwafu-2D.1和Qtkw.nwafu-7D分别为光周期基因Ppd-D1和开花基因FT-D1,方差分析表明,二者具有显著的互作效应;Qtkw.nwafu-2D.1和Qtkw.nwafu-7D优异等位基因的聚合显著提高了小麦的千粒重和粒宽。此外,根据粒长主效位点Qgl.nwafu-5A的共分离SNP开发了相应的KASP分子标记AX-111067709,该标记在242份小麦组成的自然群体中与粒长和粒重性状显著相关,在不同环境下能增加粒长3.33%—4.59%(P<0.001)和粒重5.70%—10.35%(P<0.05)。【结论】和尚头(HST)和陇春23(LC23)的粒重相关性状由多个遗传位点控制,其中,Qtkw.nwafu-2D.1和Qtkw.nwafu-7D通过加性互作效应可显著提高小麦的千粒重和粒宽。Qgl.nwafu-5A与粒重和粒长具有显著相关性,其共分离分子标记AX-11106770可应用于分子标记辅助选择育种。
张泽源, 李玥, 赵文莎, 顾晶晶, 张傲琰, 张海龙, 宋鹏博, 吴建辉, 张传量, 宋全昊, 简俊涛, 孙道杰, 王兴荣. 小麦粒重相关性状的QTL定位及分子标记的开发[J]. 中国农业科学, 2023, 56(21): 4137-4149.
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表1
和尚头/陇春23群体的表型分析"
| 性状 Traits | 环境 Environment | 亲本Parents | 平均值±标准差 Mean ± SD | 最小值 Min | 最大值 Max | w检验 w-test | P | 遗传力 H2 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 和尚头HST | 陇春LC23 | ||||||||
| 千粒重 TKW (g) | E1 | 46.77 | 39.56** | 43.22±6.74 | 23.85 | 59.74 | 0.97 | 0.24 | 0.81 |
| E2 | 45.81 | 39.00** | 41.64±5.85 | 24.09 | 54.73 | 0.97 | 0.07 | ||
| E3 | 48.03 | 39.32** | 43.94±5.53 | 26.32 | 57.71 | 0.97 | 0.07 | ||
| E4 | 47.93 | 46.82 | 42.02±6.87 | 23.36 | 60.69 | 0.98 | 0.75 | ||
| BLUP | 46.33 | 41.47** | 42.75±4.04 | 30.53 | 52.94 | 0.98 | 0.32 | ||
| 粒长 GL (mm) | E1 | 7.26 | 6.69** | 6.99±0.58 | 4.95 | 8.92 | 0.99 | 0.98 | 0.58 |
| E2 | 6.53 | 6.10** | 6.36±0.28 | 5.52 | 7.19 | 0.98 | 0.63 | ||
| E3 | 7.47 | 7.09** | 8.03±0.93 | 5.59 | 10.29 | 0.96 | 0.00 | ||
| E4 | 6.41 | 6.02** | 6.20±0.56 | 4.38 | 7.39 | 0.84 | 0.00 | ||
| BLUP | 6.91 | 6.65 ** | 6.91±0.24 | 6.29 | 7.71 | 0.98 | 0.72 | ||
| 粒宽 GW (mm) | E1 | 3.31 | 3.07 | 3.15±0.31 | 2.10 | 3.99 | 0.98 | 0.63 | 0.56 |
| E2 | 3.01 | 2.88 | 2.95±0.15 | 2.41 | 3.34 | 0.96 | 0.01 | ||
| E3 | 3.64 | 3.42* | 3.79±0.42 | 2.46 | 4.87 | 0.96 | 0.00 | ||
| E4 | 3.22 | 3.21 | 3.01±0.30 | 1.97 | 3.53 | 0.85 | 0.00 | ||
| BLUP | 3.27 | 3.18 | 3.23±0.11 | 2.85 | 3.55 | 0.97 | 0.29 | ||
| 籽粒长宽比 LWR | E1 | 2.19 | 2.18 | 2.22±0.15 | 1.88 | 2.98 | 0.96 | 0.00 | 0.84 |
| E2 | 2.17 | 2.12* | 2.16±0.13 | 1.89 | 2.53 | 0.96 | 0.00 | ||
| E3 | 2.05 | 2.07 | 2.12±0.13 | 1.77 | 2.61 | 0.98 | 0.52 | ||
| E4 | 1.99 | 1.88** | 2.06±0.14 | 1.72 | 2.69 | 0.97 | 0.31 | ||
| BLUP | 2.11 | 2.08** | 2.14±0.09 | 1.88 | 2.47 | 0.98 | 0.63 | ||
表2
和尚头/陇春23 RIL群体遗传图谱的标记分布"
| 染色体 Chromosome | 连锁群 Linkage group | 遗传长度 Genetic length (cM) | Bin标记数量 No. of Bin | 标记数量 No. of marker | Bin标记密度 Bin density (Bin/cM) | 最大遗传距离 Max genetic distance (cM) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1A | LG1A | 165.15 | 161 | 1059 | 1.03 | 9.21 |
| 1B | LG1B | 198.34 | 153 | 1388 | 1.30 | 14.02 |
| 1D | LG1D | 133.99 | 46 | 377 | 2.91 | 19.57 |
| 2A | LD2A | 211.24 | 140 | 937 | 1.51 | 15.13 |
| 2B | LG2B | 237.42 | 175 | 1295 | 1.36 | 11.76 |
| 2D | LG2D | 286.16 | 109 | 464 | 2.63 | 20.80 |
| 3A | LG3A | 259.25 | 174 | 1008 | 1.49 | 14.16 |
| 3B | LG3B | 249.84 | 165 | 1331 | 1.51 | 15.08 |
| 3D | LG3D | 251.05 | 94 | 638 | 2.67 | 18.11 |
| 4A | LG4A | 209.20 | 108 | 641 | 1.94 | 11.16 |
| 4B | LG4B | 122.92 | 69 | 256 | 1.78 | 13.47 |
| 4D | LG4D | 180.03 | 112 | 442 | 1.61 | 18.11 |
| 5A | LG5A | 247.18 | 174 | 816 | 1.42 | 22.91 |
| 5B | LG5B | 247.07 | 172 | 760 | 1.44 | 10.86 |
| 5D | LG5D | 305.92 | 91 | 293 | 3.36 | 17.21 |
| 6A | LG6A | 183.40 | 101 | 727 | 1.82 | 17.92 |
| 6B | LG6B | 160.84 | 138 | 953 | 1.17 | 17.20 |
| 6D | LG6D | 215.15 | 90 | 713 | 2.39 | 31.82 |
| 7A | LG7A.1 | 217.90 | 148 | 1104 | 1.47 | 10.74 |
| LG7A.2 | 15.94 | 19 | 82 | 0.84 | 3.30 | |
| 7B | LG7B | 206.74 | 151 | 901 | 1.37 | 14.96 |
| 7D | LG7D | 238.28 | 82 | 344 | 2.91 | 15.93 |
| A基因组 A genome | 1509.26 | 1025 | 6374 | 1.47 | 22.91 | |
| B基因组 B genome | 1423.17 | 1023 | 6884 | 1.39 | 17.20 | |
| D基因组 D genome | 1610.57 | 624 | 3271 | 2.58 | 31.82 | |
| 总计 Total | 4543.00 | 2672 | 16529 | 1.70 | 31.82 |
表3
粒重相关性状的部分QTL"
| 性状 Trait | QTL | 环境 Environment | 左侧标记 Left marker | 右侧标记 Right marker | 物理位置 Physical interval (Mb) | LOD | 贡献率 PVE (%) | 加性效应1) Add |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 千粒重TKW | Qtkw.nwafu-2A | E1\E2 | AX-169336957 | AX-109601471 | 94.16—136.56 | 3.47—7.93 | 5.22—7.42 | 1.45—2.12 |
| Qtkw.nwafu-2D.1 | E1\E2\E4\BLUP | AX-111696354 | AX-109755068 | 28.09—47.89 | 4.33—11.89 | 7.19—12.92 | -2.44—-1.42 | |
| Qtkw.nwafu-2D.2 | E4\BLUP | AX-110373068 | AX-109710757 | 148.29—197.50 | 3.58—4.16 | 5.69—5.80 | -1.75—-1.01 | |
| Qtkw.nwafu-7D | E1\E2\E3\E4\BLUP | AX-110826147 | AX-111618969 | 65.50—75.23 | 4.63—10.71 | 7.53—13.26 | 1.55—2.46 | |
| 粒长 GL | Qgl.nwafu-2A.1 | E2\BLUP | AX-109402024 | AX-169336957 | 86.97—94.16 | 3.88—6.74 | 3.74—8.05 | 0.06—0.09 |
| Qgl.nwafu-4B | E3\BLUP | AX-110076607 | AX-109852046 | 11.43—12.82 | 4.03—5.6 | 6.14—8.06 | 0.08—0.28 | |
| Qgl.nwafu-5A | E1\E2\E3\BLUP | AX-111067709 | AX-110670888 | 0.65—0.75 | 3.93—59.43 | 4.56—17.86 | 0.09—0.81 | |
| Qgl.nwafu-6B | E2\BLUP | AX-110927266 | AX-110464369 | 135.98—173.59 | 5.06—7.10 | 5.10—8.78 | -0.10—-0.07 | |
| 粒宽 GW | Qgw.nwafu-2D.1 | E2\E3\BLUP | AX-111096297 | AX-109755068 | 32.97—47.89 | 4.41—10.14 | 7.28—12.36 | -0.12—-0.04 |
| Qgw.nwafu-4B | E1\BLUP | AX-110076607 | AX-94699353 | 11.43—19.76 | 3.93—4.10 | 5.50—7.91 | 0.03—0.10 | |
| Qgw.nwafu-5A.1 | E3\BLUP | AX-111067709 | AX-110670888 | 0.65—0.75 | 4.06—5.17 | 5.97—6.57 | 0.03—0.12 | |
| Qgw.nwafu-7D.2 | E2\E4\BLUP | AX-111843581 | AX-111618969 | 67.45—75.23 | 4.76—16.00 | 7.85—20.13 | 0.05—0.10 | |
| 籽粒长 宽比LWR | Qlwr.nwafu-2A | E3\E4\BLUP | AX-109287352 | AX-111258161 | 613.88—626.08 | 4.54—7.01 | 5.41—11.90 | 0.02—0.05 |
| Qlwr.nwafu-2D | E1\E2\BLUP | AX-109422526 | AX-109755068 | 35.02—47.89 | 8.32—12.93 | 7.68—14.51 | 0.03—0.06 | |
| Qlwr.nwafu-4A | E1\E2\BLUP | AX-110629864 | AX-111561234 | 72.00—129.02 | 5.53—9.57 | 5.75—8.11 | -0.04—-0.03 | |
| Qlwr.nwafu-4D | E3\BLUP | AX-110015970 | AX-109181699 | 33.04—35.23 | 3.30—4.90 | 2.54—8.16 | -0.04—-0.02 | |
| Qlwr.nwafu-6B.2 | E1\E2\E3\BLUP | AX-110603992 | AX-95659567 | 455.92—559.34 | 4.40—9.13 | 4.87—10.48 | -0.04—-0.03 | |
| Qlwr.nwafu-7D | E1\E2\BLUP | AX-109866327 | AX-111618969 | 61.80—75.23 | 4.12—12.57 | 4.67—12.16 | -0.05—-0.03 |
表4
不同环境下Qtkw.nwafu-2D.1和Qtkw.nwafu-7D的方差分析"
| 源Source | 自由度df | 千粒重TKW | 粒宽GW | 粒长GL | 籽粒长宽比LWR |
|---|---|---|---|---|---|
| Qtkw.nwafu-2D.1 (2D) | 1 | 76.83*** | 39.88*** | 3.80 | 61.42*** |
| Qtkw.nwafu-7D (7D) | 1 | 71.32*** | 44.50*** | 1.62 | 96.21*** |
| 环境Environment (E) | 4 | 2.27 | 195.79*** | 205.2*** | 35.32*** |
| 2D×7D | 1 | 26.75*** | 11.51** | 0.33 | 26.98*** |
| 2D×E | 4 | 1.74 | 4.59** | 4.21** | 1.41 |
| 7D×E | 4 | 0.73 | 0.74 | 0.06 | 1.52 |
| 2D×7D×E | 4 | 0.817 | 1.81 | 1.10 | 0.86 |
| 误差Error | 813 | 30.21 | 0.08 | 0.35 | 0.01 |
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doi: 10.1002/fes3.64 pmid: 27610232 |
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