小麦高密度遗传连锁图谱构建及盐胁迫条件下重要农艺性状QTLs定位

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小麦是我国及世界上重要粮食作物。随着人口的增加和耕地面积的减少,提高小麦总产是目前育种的主要目标。据农业部第二次全国土壤普查的结果显示,我国的盐渍化土壤的面积高达5.2亿亩,盐土面积2.4亿亩。因此提高荒地/低产田如盐碱田地的单产是提高粮食总产的有效途径之一。但由于植物耐盐是一个复杂的农艺性状,受多基因调控,且小麦基因组复杂,至今调控小麦耐盐的遗传机理尚不清楚。而且由于盐碱地盐含量的不均一性严重影响对小麦耐盐性的评价,多数研究是在室内可控条件下进行小麦耐盐性的遗传位点分析,仅有少数研究是在大田条件下进行耐盐相关QTLs的定位,因此到目前为止能够用于小麦耐盐性分子育种的QTL还很少,对小麦耐盐性形成的机理的了解更少。  为挖掘小麦耐盐相关的重要QTLs,本研究利用小偃54与中间材料8602杂交产生的重组自交系(RILs)为研究材料,利用GBS测序方法构建高密度遗传连锁图谱,并定位盐胁迫条件重要农艺性状相关QTLs。  通过对群体亲本、120份F9重组自交系以及58份其它材料的GBS测序,共获得超过7亿条高质量reads,将这些reads与小麦TGCA(版本1.30)参考基因组比对共获得1,507,103个Single nucleotide polymorphism(SNP),过滤及填充后得到15万个高质量SNPs。利用这些SNPs将57份小麦品种划分为三个类群:一个国外引进品种群和两个国内农家种群。其中A、B和D基因组上有41.88%-52.37%的SNP在重组自交系里有多态性,但仅有21.22%-37.84%的SNP在亲本上具有多态性。通过SNP聚类和亲本信息填充,使95.23%的A基因组SNP、66.94%的B基因组SNP和83.44%的D基因组SNP获得了完整的亲本多态性信息。将在重组自交系中基因型相同的SNPs归为一个bin,利用bins构建了一条包含3,978个bins、全长为5,124.61 cM(centMorgan)、平均密度为1.29 bins/cM的小麦高密度遗传连锁图谱。  本研究在环渤海地区河北省海兴县的盐碱地上,进行了连续两年的条播试验。在大田试验中,考察了株高、生物量、单株穗数、穗粒数、穗粒重、穗长、穗小穗数、不育小穗数和千粒重等重要农艺性状。表型数据分析结果表明,同一性状在不同年份间的相关系数为0.28-0.61(P<0.01),说明盐碱地土壤含盐量较大的时空变异影响了表型的稳定性。利用获得的表型数据和构建的遗传连锁图谱,通过复合区间作图法进行QTL分析。在两年盐地条播条件下共检测到55个QTLs,但仅有2个QTLs可在两年间被重复检测到,有5个QTLs区域在不同年份间调控不同性状且效应很大,可能是调控小麦盐胁迫条件下的重要农艺性状的关键染色体区域。  为进一步验证田间盐胁迫条件下鉴定到的QTLs有效性,本研究还设计了室内水培盐胁迫试验。室内水培试验对照条件下共检测到28个QTLs,盐胁迫条件下检测到37个QTLs,其中有19个QTLs在田间盐胁迫条件下也可被检测到。综合室内和田间盐胁迫试验的QTL定位结果,本研究将17个可重复检测到的QTLs区域作为高置信度的盐胁迫条件下的重要农艺性状的QTLs。  此外,本研究在河北省石家庄市栾城区的正常土壤条件下对RIL群体进行了连续两年的表型鉴定,考察了株高、株高、生物量、单株穗数、穗粒数、穗粒重、穗长、穗小穗数、不育小穗数和千粒重等重要农艺性状。表型数据在年份间的相关系数为0.43-0.88(P<0.01)。两年共检测到51个与重要农艺性状相关的QTLs,其中有13个QTLs在两年可被稳定检测到且效应较大,另有13个QTLs可被大田盐胁迫条件检测到。这些和小麦产量和耐盐性相关的重要QTL可应用于高产和耐盐小麦的选育。
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