





中国农业科学 ›› 2026, Vol. 59 ›› Issue (17): 3712-3729.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2026.17.002
王浩栋1,2(
), 王鹏3, 吴宇轩2, 张钦2, 王巧芸2, 郭利建1, 杨德龙1,2(
), 陈涛2(
)
收稿日期:2026-02-03
接受日期:2026-04-01
出版日期:2026-09-03
发布日期:2026-09-03
通信作者:
联系方式:
王浩栋,E-mail:17789375583@163.com。
基金资助:
WANG HaoDong1,2(
), WANG Peng3, WU YuXuan2, ZHANG Qin2, WANG QiaoYun2, GUO LiJian1, YANG DeLong1,2(
), CHEN Tao2(
)
Received:2026-02-03
Accepted:2026-04-01
Published:2026-09-03
Online:2026-09-03
摘要:
【目的】小麦是全球最重要的粮食作物之一,提高产量对保障粮食安全具有重要意义。穗粒数是影响小麦产量的核心因素之一,深入解析小麦穗粒数遗传基础并挖掘关键候选基因,为小麦穗粒数遗传改良和分子标记辅助育种提供依据。【方法】以123份小麦品种(系)为材料,在不同干旱环境条件下进行穗粒数表型鉴定,结合35K SNP芯片基因分型信息,采用混合线性模型开展全基因组关联分析。针对与穗粒数显著相关的标记-性状关联位点(MTA),进一步开展单倍型分析,开发KASP分子标记并进行多环境表型验证。利用公共RNA-seq数据筛选穗部组织特异性高表达基因,结合qRT-PCR验证其表达模式。通过同源比对和已有功能研究信息,对候选基因进行功能注释。【结果】穗粒数在不同环境条件下的变异系数为17.18%—22.48%,表明该性状受环境影响较大。GWAS共检测到47个与穗粒数显著关联的MTA,其中,5A染色体上分布最多,达9个MTA。标记AX-94445381位于5A染色体,在2个环境中被重复检测到,表现出稳定的遗传关联。单倍型分析将该标记划分为HapⅠ和HapⅡ 2种单倍型,进一步开发的KASP标记验证结果表明,在3个环境中,携带HapⅡ单倍型的小麦品种的穗粒数均显著高于携带HapⅠ单倍型的小麦品种。利用公开的重测序数据分析优异单倍型AX-94445381-HapⅡ的分布情况,发现其在育成品种中的分布频率(30.1%)低于地方品种(40.0%),表明该单倍型在小麦育种进程中尚未得到充分利用。对AX-94445381上下游1 Mb区间进行基因检索,整合RNA-seq数据筛选出穗部组织特异性高表达基因,经qRT-PCR验证并结合水稻同源基因信息,发现3个已被报道直接参与穗部发育的候选基因,分别编码UDP-糖基转移酶、MADS-box转录因子和WD重复序列蛋白。【结论】鉴定到与小麦穗粒数稳定关联的重要位点AX-94445381,明确了优异单倍型AX-94445381-HapⅡ具有显著提高穗粒数的功能,具有进一步挖掘和应用的潜力。
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表2
实时荧光定量PCR引物"
| 基因ID Gene ID | 正向引物 Forward primer (5′-3′) | 反向引物 Reverse primer (5′-3′) |
|---|---|---|
| TraesCS5A02G391800 | GATGCTGCCGTGCCGACTACC | GACCCTCAAGCTGTTCAAGCTCG |
| TraesCS5A02G392400 | AGAACCTCACGCAGGCCGCCG | CCGCCAGCACCGGAGTCAAAC |
| TraesCS5A02G392600 | CGTCGCCTCTCTCAGTAACCTCC | GAATAGCCATGCCCGGAGAGC |
| TraesCS5A02G393000 | GAGGGAGAGATTCCGGAGAGTGTC | CGACACTGCCCTAGCTCCCTAG |
| TraesCS5A02G393500 | GAAGGCGAAGGGGTCACTGGAC | GATTTGGGCACCACGCGCGTC |
| TraesCS5A02G393700 | CCGGGCTTGCCAGTACAGTTATCC | CCGGTGCTAGAGGCTGAAGTGG |
| TraesCS5A02G394200 | GTCCAACCGAAGGGCAGCAGCTG | CGGAGCTCCTGGTCGGCAAAC |
| TaGAPDH | AAATCTGGCATCACACTTTCTAC | GTCTCAAACATAATCTGGGTCATC |
表4
SNP标记信息"
| 染色体 Chr. | 标记数目 No. of markers | 物理长度 Physical length (Mb) | 标记密度 Marker density (Mb) | 最小等位基因频率MAF | 多态性信息含量PIC | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 均值Average | 范围Range | 均值Average | 范围Range | ||||
| 1A | 812 | 592.86 | 0.73 | 0.75 | 0.50-0.95 | 0.27 | 0.09-0.38 |
| 1B | 924 | 688.60 | 0.75 | 0.74 | 0.50-0.95 | 0.29 | 0.09-0.38 |
| 1D | 616 | 495.13 | 0.80 | 0.76 | 0.50-0.95 | 0.27 | 0.09-0.38 |
| 2A | 854 | 780.32 | 0.91 | 0.76 | 0.50-0.95 | 0.26 | 0.09-0.38 |
| 2B | 980 | 799.42 | 0.82 | 0.75 | 0.50-0.95 | 0.27 | 0.09-0.38 |
| 2D | 709 | 651.40 | 0.92 | 0.74 | 0.50-0.95 | 0.28 | 0.09-0.38 |
| 3A | 621 | 749.26 | 1.21 | 0.74 | 0.50-0.95 | 0.28 | 0.09-0.38 |
| 3B | 875 | 829.07 | 0.95 | 0.74 | 0.50-0.95 | 0.28 | 0.09-0.38 |
| 3D | 391 | 613.59 | 1.57 | 0.74 | 0.50-0.95 | 0.28 | 0.09-0.38 |
| 4A | 453 | 742.10 | 1.64 | 0.77 | 0.50-0.95 | 0.26 | 0.09-0.38 |
| 4B | 444 | 672.67 | 1.52 | 0.78 | 0.50-0.95 | 0.25 | 0.09-0.38 |
| 4D | 181 | 508.05 | 2.81 | 0.74 | 0.50-0.95 | 0.28 | 0.09-0.38 |
| 5A | 685 | 708.54 | 1.03 | 0.73 | 0.50-0.95 | 0.29 | 0.09-0.38 |
| 5B | 912 | 712.88 | 0.78 | 0.74 | 0.50-0.95 | 0.28 | 0.09-0.38 |
| 5D | 478 | 565.85 | 1.18 | 0.73 | 0.50-0.95 | 0.28 | 0.09-0.38 |
| 6A | 635 | 617.28 | 0.97 | 0.73 | 0.50-0.95 | 0.28 | 0.09-0.38 |
| 6B | 717 | 720.60 | 1.01 | 0.74 | 0.50-0.95 | 0.28 | 0.09-0.37 |
| 6D | 383 | 473.37 | 1.24 | 0.76 | 0.50-0.95 | 0.27 | 0.09-0.38 |
| 7A | 694 | 736.45 | 1.06 | 0.77 | 0.50-0.95 | 0.26 | 0.09-0.38 |
| 7B | 550 | 750.49 | 1.36 | 0.77 | 0.50-0.95 | 0.26 | 0.09-0.38 |
| 7D | 388 | 634.71 | 1.64 | 0.77 | 0.50-0.95 | 0.26 | 0.09-0.38 |
| A基因组Genome A | 4754 | 4926.81 | 1.04 | 0.75 | 0.50-0.95 | 0.27 | 0.09-0.38 |
| B基因组Genome B | 5402 | 5173.73 | 0.96 | 0.75 | 0.50-0.95 | 0.27 | 0.09-0.38 |
| D基因组Genome D | 3146 | 3942.10 | 1.25 | 0.75 | 0.50-0.95 | 0.27 | 0.09-0.38 |
| 总计Total | 13302 | 14042.64 | 1.06 | 0.75 | 0.50-0.95 | 0.27 | 0.09-0.38 |
表5
GWAS分析检测到与穗粒数相关的MTA"
| 标记Marker | 等位变异Allelic variation | 染色体Chr. | 物理位置Position (bp) | 环境Environment | P值P value | R2 (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| AX-94940774 | G/T | 1A | 412035140 | E3 | 3.71E-04 | 12.69 |
| AX-94595074 | A/G | 1B | 1434729 | E2 | 4.28E-04 | 14.29 |
| AX-94460586 | C/T | 2A | 568411263 | E2 | 2.52E-04 | 14.39 |
| AX-94918833 | G/T | 2A | 740873736 | E3 | 3.10E-04 | 13.95 |
| AX-94773990 | C/T | 2A | 31089755 | E3 | 7.14E-04 | 14.08 |
| AX-94905029 | A/G | 2A | 52586827 | E4 | 7.04E-04 | 13.14 |
| AX-95126447 | A/G | 2A | 24060452 | E4 | 7.20E-04 | 13.55 |
| AX-94970086 | C/G | 2B | 680522418 | E1 | 1.30E-04 | 16.48 |
| AX-94450454 | A/G | 2B | 738686815 | E2 | 8.58E-05 | 16.72 |
| AX-94408488 | C/T | 2B | 580887157 | E2 | 3.16E-04 | 13.91 |
| AX-94431990 | A/C | 2B | 657793077 | E2 | 5.19E-04 | 13.06 |
| AX-95256964 | A/G | 2B | 737490832 | E2 | 6.45E-04 | 12.66 |
| AX-94450445 | A/G | 3B | 783870123 | E3 | 3.30E-04 | 16.08 |
| AX-94783697 | A/C | 4B | 581072860 | E2 | 4.15E-04 | 13.27 |
| AX-95127411 | A/T | 4B | 573290876 | E4 | 8.46E-04 | 10.46 |
| AX-94472979 | A/G | 5A | 551483456 | E1 | 4.72E-04 | 15.27 |
| AX-94479272 | C/G | 5A | 552515382 | E1 | 7.24E-04 | 13.06 |
| AX-95243984 | A/G | 5A | 549800941 | E1 | 7.90E-04 | 13.23 |
| AX-94522762 | C/T | 5A | 485598127 | E2 | 4.07E-04 | 14.71 |
| AX-94445381 | A/C | 5A | 588738568 | E3 | 3.38E-04 | 13.83 |
| E4 | 3.99E-04 | 14.02 | ||||
| AX-94404219 | A/C | 5A | 588854488 | E3 | 6.30E-04 | 13.74 |
| AX-95085015 | A/C | 5A | 480284549 | E4 | 2.44E-04 | 14.79 |
| AX-95629907 | A/G | 5A | 480176958 | E4 | 4.33E-04 | 13.72 |
| AX-94615284 | A/T | 5A | 479848189 | E4 | 6.85E-04 | 14.04 |
| AX-94712641 | C/G | 5B | 691797180 | E2 | 3.81E-04 | 13.48 |
| AX-94820753 | C/T | 5B | 689950369 | E2 | 3.97E-04 | 13.53 |
| AX-94878420 | G/T | 5B | 449201643 | E2 | 5.32E-04 | 12.82 |
| AX-94977236 | A/C | 5D | 408304024 | E2 | 3.97E-04 | 13.60 |
| AX-94431816 | G/T | 5D | 545932823 | E2 | 4.07E-04 | 13.26 |
| AX-95114243 | C/G | 5D | 375310485 | E2 | 4.19E-04 | 13.23 |
| AX-94395064 | A/G | 6A | 73994641 | E2 | 4.38E-04 | 13.51 |
| AX-94750824 | A/G | 6A | 25692809 | E2 | 8.20E-04 | 12.07 |
| AX-94660514 | A/G | 6A | 65066575 | E3 | 7.25E-04 | 15.86 |
| AX-94982674 | G/T | 6A | 559432410 | E3 | 7.78E-04 | 12.85 |
| AX-94624630 | G/T | 6A | 108070104 | E4 | 9.10E-04 | 13.33 |
| AX-94511580 | A/T | 6B | 191529940 | E2 | 2.67E-04 | 14.64 |
| AX-94758158 | C/T | 6B | 492492877 | E2 | 7.01E-04 | 12.29 |
| AX-94708023 | C/T | 6B | 21138180 | E3 | 2.16E-04 | 16.89 |
| AX-94898852 | C/T | 6B | 462157403 | E3 | 8.90E-04 | 12.28 |
| AX-95252437 | G/T | 6D | 55925493 | E1 | 9.43E-04 | 12.53 |
| AX-95222417 | C/T | 6D | 9972857 | E2 | 2.14E-04 | 16.19 |
| AX-94759612 | C/T | 6D | 200873028 | E2 | 3.73E-04 | 13.44 |
| AX-94572243 | A/G | 6D | 80064488 | E3 | 6.84E-04 | 14.55 |
| AX-94675786 | C/T | 7A | 21446154 | E2 | 5.21E-04 | 12.81 |
| AX-94389135 | A/C | 7A | 713743759 | E2 | 9.81E-04 | 11.80 |
| AX-94456211 | A/G | 7A | 30816891 | E3 | 5.81E-04 | 14.12 |
| AX-94467530 | G/T | 7B | 537458194 | E1 | 9.01E-04 | 10.29 |
表6
最终确定的候选基因"
| 候选基因 Candidate gene | 基因区间 Gene interval (bp) | 基因注释 Gene annotation | 水稻基因号 Rice gene number | 同源性 Homology (%) | E值 E value |
|---|---|---|---|---|---|
| TraesCS5A02G391800 | 588017833-588024080 | MADS-box转录因子 MADS-box transcription factor | LOC_Os03g54170 | 97 | 1.24E-118 |
| LOC_Os06g06750 | 96 | 2.54E-71 | |||
| TraesCS5A02G392400 | 588553923-588558813 | WD重复序列蛋白 WD repeat-containing protein | LOC_Os03g51550 | 73 | 6.64E-29 |
| TraesCS5A02G394200 | 589370600-589373630 | UDP-糖基转移酶 UDP-glycosyltransferase | LOC_Os03g55040 | 93 | 8.82E-116 |
| TraesCS5A02G392600 | 588740101-588746176 | ABC转运蛋白B家族蛋白 ABC transporter B family protein | LOC_Os03g54790 | 100 | 0.0 |
| TraesCS5A02G393000 | 588871831-588876487 | 受体蛋白激酶Receptor protein kinase | LOC_Os07g41140 | 96 | 0.0 |
| TraesCS5A02G393500 | 589240694-589244001 | 有丝分裂纺锤体组织蛋白1B Mitotic-spindle organizing protein 1B | LOC_Os03g32150 | 91 | 2.96e-13 |
| TraesCS5A02G393700 | 589287682-589295519 | 牙本质唾液磷蛋白 Dentin sialophosphoprotein-like protein | LOC_Os03g54970 | 61 | 2.03e-136 |
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