提高小麦产量是全球小麦育种者的长期目标。发掘优良遗传资源,解析小麦重要农艺性状的遗传基础,是小麦高产育种的必经之路。本研究评价了两年七个环境中由156个育成品种和77个地方品种组成的四川小麦自然群体的9个重要农艺性状表现。农艺性状调查结果表明,地方品种分蘖较多,穗粒数(KNS)较高,育成品种千粒重(TKW)和穗粒重(KWS)较高。9个农艺性状的广义遗传力(H 2)在0.74到0.95之间。利用来自小麦55K SNP芯片的43198个单核苷酸多态性(SNP)标记进行群体结构分析可以将自然群体分为三组。基于混合线性模型Q+K方法的全基因组关联分析(GWAS)共鉴定出67个数量性状位点(QTL)。本研究主要对三个重要性状的QTL进行了分析,即分别检测到的可育分蘖数(FTN)位点QFTN.sicau-7BL.1的四种单倍型、KNS位点QKNS.sicau-1AL.2的三种单倍型和TKW位点QTKW.sicau-3BS.1的四种单倍型。从2002—2013年区域试验的42个品种的产量表现来看,FTN-Hap2、KNS-Hap1和TKW-Hap2分别是每个QTL中的优良单倍型。具有三个优良单倍型的品种相比具有两个或一个优良单倍型的品种产量更高。此外,基于每穗粒数的QTL位点 QKNS.sicau-1AL.2开发了连锁的KASP-AX-108866053标记能在2018年至2021年区域试验中鉴定63个品种的三种单倍型(或等位基因)。这些遗传位点和连锁标记可用于标记辅助选择或基于图谱的基因克隆,用于小麦产量的遗传改良。
本研究基于小麦Wheat55K SNP芯片鉴定到两个主效且稳定表达的小穗数QTL。其中,QSns.sau-2SY-2D.1在之前的研究中已经被报道,而本研究中新鉴定到一个QTL(QSns.sau-2SY-7A),我们对其进行了深入分析。QSns.sau-2SY-7A的LOD值较高,介于4.46至16.00之间,解释10.21-40.78%的表型变异。QSns.sau-2SY-7A位于染色体臂7AL上4.75-cM的区间,侧翼标记为AX-110518554和AX-110094527。我们对两个主效QTL的贡献和相互作用进行了深入的分析和讨论。我们进一步开发一个与QSns.sau-2SY-7A紧密连锁的KASP标记,在一个F2:3群体和一个包含101个小麦高代育种品系的自然群体中对该QTL的效应进行了验证。此外,在QSns.sau-2SY-7A定位区间中,预测到一个水稻中报道的调控小穗数的同源基因WAPO1,结合前人报道,该基因很有可能是该位点的候选基因。综上所述,本研究系统揭示了被广泛用于育种亲本的品系‘20828’的多小穗数遗传基础,并开发获得紧密连锁标记,有助于后续主效QTL的精细定位和育种利用。