





中国农业科学 ›› 2026, Vol. 59 ›› Issue (3): 499-514.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2026.03.003
王勇胜1,2(
), 牛丽1,2, 王长杰1,2, 马立花1,2, 廉潇潇1, 孟亚雄1,2, 马小乐1,2, 姚立蓉1,2, 张宏1,2, 杨轲1,2, 李葆春2,3, 王化俊1,2, 司二静1,2(
), 汪军成1,2(
)
收稿日期:2025-07-31
接受日期:2025-09-15
出版日期:2026-02-01
发布日期:2026-01-31
通信作者:
联系方式:
王勇胜,E-mail:wangys1125@163.com。
基金资助:
WANG YongSheng1,2(
), NIU Li1,2, WANG ChangJie1,2, MA LiHua1,2, LIAN XiaoXiao1, MENG YaXiong1,2, MA XiaoLe1,2, YAO LiRong1,2, ZHANG Hong1,2, YANG Ke1,2, LI BaoChun2,3, WANG HuaJun1,2, SI ErJing1,2(
), WANG JunCheng1,2(
)
Received:2025-07-31
Accepted:2025-09-15
Published:2026-02-01
Online:2026-01-31
摘要:
【目的】小麦千粒重作为直接影响最终产量的核心要素,其遗传解析至关重要。精准鉴定调控该性状的稳定显著关联位点及其关键候选基因,为分子标记辅助选育高千粒重、高产小麦新品种提供理论依据和遗传资源。【方法】通过对291份不同来源小麦种质资源进行100K SNP芯片基因型分型,并结合连续2年采集的千粒重表型数据及其最优无偏预测值(best linear unbiased prediction,BLUP),利用基于P+K模型的混合线性模型(mixed linear model,MLM)实施全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)。最终,对定位到的显著关联位点进行单倍型分析。【结果】291份小麦千粒重在2年间及BLUP值下均呈广泛变异(均值38.24—38.82 g,变异系数17.62%—19.93%),2年间的千粒重相关系数为0.88(P<0.01),与BLUP值的相关系数均为0.97(P<0.01)达极显著水平。基于291份冬小麦种质资源的千粒重表型数据在不同环境条件下均呈现正态分布特征,符合全基因组关联分析对数量性状数据分布的基本要求,表明该数据集适用于后续关联分析。GWAS分析共检测到19个与千粒重显著相关的SNP位点,分布在3B、5A和7A染色体上,能够解释6.85%—9.68%的表型变异,其中,有16个标记在2个及以上的分析环境中出现,是比较稳定的SNP标记。通过对多环境下存在且表型贡献率高的多效应位点进行单倍型分析,位于7A染色体的7A_145980808位点发掘到与千粒重显著相关的Hap1、Hap2、Hap3和Hap4等4个不同单倍型,其中,Hap4是高千粒重单倍型(P<0.01),而Hap2为低千粒重单倍型(P<0.01)。4种单倍型分别占72.36%、14.55%、8.73%和4.36%。具有单倍型Hap1、Hap2、Hap3和Hap4的品种(系)的国内材料占比表现为Hap3(95.83%)>Hap4(83.33%)>Hap1(77.39%)>Hap2(65.00%)。通过分析高千粒重单倍型Hap4,发现其在分布上主要集中于西北冬麦区,尤其是甘肃来源的品种。基于关联分析结果,在3B、5A和7A染色体上筛选多环境显著性关联位点,并以其上下游3.6 Mb区域作为置信区间,共鉴定出95个候选基因。最终通过联合基因注释与基因表达情况,获得4个可能与小麦千粒重相关的候选基因。【结论】揭示了16个与千粒重显著关联的稳定位点,鉴定出4种不同单倍型,并筛选到4个关键候选基因。这些基因主要参与碳水化合物合成与转运、细胞壁多糖组装、蛋白质稳态维持,以及淀粉合成基因的转录调控等生理过程。
王勇胜, 牛丽, 王长杰, 马立花, 廉潇潇, 孟亚雄, 马小乐, 姚立蓉, 张宏, 杨轲, 李葆春, 王化俊, 司二静, 汪军成. 冬小麦千粒重的全基因组关联分析及候选基因预测[J]. 中国农业科学, 2026, 59(3): 499-514.
WANG YongSheng, NIU Li, WANG ChangJie, MA LiHua, LIAN XiaoXiao, MENG YaXiong, MA XiaoLe, YAO LiRong, ZHANG Hong, YANG Ke, LI BaoChun, WANG HuaJun, SI ErJing, WANG JunCheng. Genome-Wide Association Study and Candidate Gene Identification for Thousand Grain Weight in Winter Wheat[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2026, 59(3): 499-514.
表1
291份冬小麦品种千粒重的统计分析"
| 环境 Environment | 最大值 Max (g) | 最小值 Min (g) | 平均值 Average (g) | 标准差 SD (%) | 峰度 Kurtosis | 偏度 Skewness | 变异系数 Coefficient of variation (%) | 相关系数 Correlation coefficient | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| E1 | E2 | ||||||||
| E1 | 57.44 | 20.26 | 38.39 | 7.25 | -0.48 | 0.13 | 18.87 | ||
| E2 | 57.10 | 19.12 | 38.82 | 7.70 | -0.62 | 0.01 | 19.83 | 0.88** | |
| E3 | 56.07 | 21.90 | 38.61 | 6.80 | -0.55 | 0.09 | 17.62 | 0.97** | 0.97** |
表2
100K SNP芯片标记在小麦基因组各染色体的分布"
| 染色体 Chromosome | 染色体长度 Chromosome length (Mb) | 标记数目 Number | 标记密度 Density (markers/Mb) |
|---|---|---|---|
| 1A | 597.39 | 12892 | 21.58 |
| 1B | 699.10 | 10645 | 15.23 |
| 1D | 498.58 | 5626 | 11.28 |
| 2A | 787.40 | 14438 | 18.34 |
| 2B | 812.47 | 15453 | 19.02 |
| 2D | 655.52 | 6628 | 10.11 |
| 3A | 753.13 | 8471 | 11.25 |
| 3B | 851.47 | 14238 | 16.72 |
| 3D | 618.91 | 3861 | 6.24 |
| 4A | 753.69 | 10308 | 13.68 |
| 4B | 673.37 | 7616 | 11.31 |
| 4D | 517.87 | 2190 | 4.23 |
| 5A | 713.16 | 10341 | 14.50 |
| 5B | 714.75 | 13228 | 18.51 |
| 5D | 569.44 | 4150 | 7.29 |
| 6A | 622.46 | 9200 | 14.78 |
| 6B | 730.93 | 12594 | 17.23 |
| 6D | 495.25 | 3986 | 8.05 |
| 7A | 744.23 | 11698 | 15.72 |
| 7B | 763.26 | 12149 | 15.92 |
| 7D | 642.35 | 5546 | 8.63 |
| A基因组A genome | 4971.46 | 77348 | 15.56 |
| B基因组B genome | 5245.35 | 85923 | 16.38 |
| D基因组D genome | 3997.92 | 31987 | 8.00 |
| 总计Total | 14214.73 | 195285 | 13.74 |
表3
混合线性模型下千粒重稳定的显著位点"
| 环境Environment | 标记 Marker | 染色体 Chr. | 位置 Position (bp) | 显著性阈值 -log10(P) | 贡献率 R2 (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| E1/E3 | 3B_143949526 | 3B | 143949526 | 4.58-4.62 | 8.25-8.36 |
| E2/E3 | 5A_579847898 | 5A | 579847898 | 4.83-4.92 | 7.91-8.06 |
| E2/E3 | 5A_579848522 | 5A | 579848522 | 4.60-4.74 | 7.50-7.76 |
| E2/E3 | 5A_579921639 | 5A | 579921639 | 4.48-4.76 | 7.30-7.80 |
| E2/E3 | 5A_579921681 | 5A | 579921681 | 4.20-4.44 | 6.85-7.27 |
| E2/E3 | 5A_579921718 | 5A | 579921718 | 4.35-4.55 | 7.22-7.64 |
| E2/E3 | 5A_579955478 | 5A | 579955478 | 4.24-4.76 | 6.91-7.79 |
| E2/E3 | 7A_148378633 | 7A | 148378633 | 4.55-5.59 | 7.69-9.68 |
表4
小麦千粒重的重要候选基因的预测与注释"
| 候选基因 Candidate genes | 染色体位置 Chromosome location (bp) | 基因注释或编码蛋白 Gene annotation or coding proteins | 拟南芥同源基因 Homologs in Arabidopsis thaliana |
|---|---|---|---|
| TraesCS3B03G0336700 | 3B: 128948207-128950128 | 赤霉素3-β-羟化酶2 Gibberellin 3-beta-hydroxylase 2 | AT1G15550 |
| TraesCS3B03G0338300 | 3B: 130257382-130258484 | β-淀粉酶 Beta-amylase | AT4G36780 |
| TraesCS3B03G0339200 | 3B: 130646139-130648627 | F-box家族蛋白 F-box family protein | AT2G03560 |
| TraesCS3B03G0343000 | 3B: 132089715-132091559 | 糖基转移酶 Glycosyltransferase | AT3G53150 |
| TraesCS3B03G0343900 | 3B: 132904195-132906317 | 糖基转移酶 Glycosyltransferase | AT3G53150 |
| TraesCS3B03G0344400 | 3B: 132999447-133000637 | 糖基转移酶 Glycosyltransferase | AT2G36750 |
| TraesCS3B03G0345400 | 3B: 133381587-133383648 | F-box家族蛋白 F-box family protein | AT4G00755 |
| TraesCS3B03G0345500 | 3B: 133384475-133386349 | 糖基转移酶 Glycosyltransferase | AT2G36800 |
| TraesCS3B03G0346600 | 3B: 133818631-133823762 | 硼转运蛋白 Boron transporter | AT1G15460 |
| TraesCS5A03G0902700 | 5A: 574194918-574199874 | bHLH转录因子 Basic helix-loop-helix transcription factor | AT2G20180 |
| TraesCS5A03G0903300 | 5A: 574399521-574400834 | F-box家族蛋白 F-box family protein | AT3G48880 |
| TraesCS5A03G0903400 | 5A: 574482068-574485628 | 转运蛋白相关家族蛋白 Transporter-related family protein | AT3G13050 |
| TraesCS5A03G0903600 | 5A: 574488360-574493061 | 转运蛋白相关家族蛋白 Transporter-related family protein | AT3G13050 |
| TraesCS5A03G0904700 | 5A: 575322960-575329017 | 生长素管化蛋白 Auxin canalization protein | AT3G22810 |
| TraesCS5A03G0912000 | 5A: 578061853-578067290 | bHLH转录因子 Basic helix-loop-helix transcription factor | AT5G43650 |
| TraesCS5A03G0912200 | 5A: 578446505-578449774 | WRKY转录因子 WRKY transcription factor | AT2G30590 |
| TraesCS7A03G0440800 | 7A: 146025353-146026920 | NAC结构域蛋白 NAC domain protein | AT5G18270 |
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