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。
本研究利用一个人工合成小麦与普通小麦品种构建的重组自交系,构建了一张包含28个FISH多态性标记和超过150000个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)标记的整合图谱。锚定在整合图谱的28个FISH标记中,20个FISH标记的共分离SNP标记推断的物理位置与原位杂交的物理位置一致。另外8个位置不一致的FISH标记是由亲本含有的易位染色体(1R/1B和1A/7A)或臂内倒位染色体(4A)所导致。9个在于中国春染色体上也具有杂交信号的FISH标记中,8个FISH标记的杂交信号位置与通过参考基因组序列锚定的物理位置一致,表明当前中国春参考基因组对重复序列的组装效果较好。因此,整合图谱对定位重复序列以及提高对基因组重复序列的组装精度方面具有一定利用价值。
下节间直径(UID)是与小麦穗部发育和丰产性相关的重要形态性状。而我们对其遗传基础的了解知之甚少。本文在5个小麦重组自交系(RIL)群体中利用高密度遗传图谱鉴定了控制UID的数量性状位点(QTL)。在5个RIL群体中共检测到25个UID QTL,分别位于1A、1D(3个QTL)、2B(2)、2D(3)、3B、3D、4A、4B(3)、4D、5A(5)、5B(2)、6B、7D染色体上。其中,5个主效且稳定的QTL:QUid.sau-2CN-1D.1、QUid.sau-2SY-1D、QUid.sau-QZ-2D、QUid.sau-SC-3D和QUid.sau-AS-4B分别在5个RIL群体的多个环境中检测到。QUid.sau-2CN-1D、QUid.sau-2SY-1D与QUid.sau-SC-3D 为三个新的UID 位点。我们进一步开发了与主效QTL紧密连锁的竞争性等位基因特异性PCR(KASP)标记,用于构建近等基因系(NILs)。此外,我们还在主效QTL的物理区间内预测了候选基因,这些候选基因大多与植物发育和水分运输有关。以中国春为参考基因组,我们对定位到的主效QTL的物理区间进行了比较,结果表明,QUid.sau-2CN-1D.1和QUid.sau-2SY-1D可能是等位基因,进一步证实了它们的真实性和有效性。本文也对UID与其他农艺性状的相关关系及UID的大小进行了讨论。总体而言,我们的研究结果剖析了小麦UID的潜在遗传基础,为这些QTL的进一步精细定位和图位克隆奠定了基础。