黄淮麦区小麦品种耐倒春寒相关性状的评价及关联分析

为对黄淮地区小麦耐倒春寒的相关性状进行评价和检测其优异等位变异,以107份黄淮麦区近十年来的主栽品种或正在参加区试的品系为研究对象,通过人工气候室对其耐倒春寒性状进行鉴定,并通过660KSNP芯片检测对其进行全基因组关联分析。结果表明,经过雌雄蕊分化期低温处理后,小麦的结实率显著降低,不育小花数显著增多,但低温处理的结实率和不育小花数均与对照差异不大;根据结实率耐受力(TSR)分布,耐倒春寒(TSR≥0.90)、中耐倒春寒(0.9>TSR≥0.70)和不耐倒春寒(TSR<0.70)的材料分别有44个、53个和10个,平均结实率耐受力分别为0.94、0.81和0.59。经关联分析共得到80个与耐倒春寒相关性状关联的位点,在小麦21条染色体上均有分布,单个位点的表型变异贡献率(R2)为16.61%～36.15%,其中6个位点在两个以上性状中被重复关联到。从这些位点中,得到多个与耐倒春寒相关性状相关的优异等位变异。如1B上AX-110630731的碱基G变异类型在低温处理下能使结实率提高7.00%,使不育小花数减少2.91个·穗-1,使结实率耐受力增加6.23%,但对照条件下并不影响这两个性状;3A上AX-110064042的T变异类型在低温处理下使不育小花数平均减少2.72个·穗-1,使结实率及其耐受力分别增加6.02%和5.60%。

基于5993个核基因的被子植物系统发育关系研究

系统发育关系的构建对被子植物分类及进化研究非常重要。长期以来,被子植物系统发育的研究,大多使用质体基因、线粒体基因或少数保守的单拷贝核基因。该研究从已注释基因组或转录组中搜集88种被子植物(包含58目)的核基因集;通过对其进行同源基因聚类及去旁系同源基因,获得了5993个一对一的直系同源基因家族(即对于每个基因家族,每种植物最多一条序列,最少包含50个物种);使用截取各种不同数目基因集的DNA或氨基酸序列,采用串联法(concatenation)和溯祖法(coalescence),共构建了20棵进化树。比较这些进化树,虽然大部分结果支持APG IV中描述的被子植物主要支系之间的关系[(真双子叶植物,单子叶植物),木兰类植物],但真双子叶植物内部各目分支的演化关系与APG IV有一个很大的不同,即认为檀香目和石竹目是蔷薇类植物的姊妹群。基于这些进化树,估算了被子植物各目分支的分化时间,结果表明被子植物的起源时间为237.78百万年前(95%置信区间为202.6~278.08),与主流观点认为的225百万年至240百万年前一致。以上结果为构建进化树提供了一种可行性策略,这种方法允许使用基因数目更多而计算速度更快。

河南小麦品种穗粒数性状的动态变化及全基因组关联分析

穗粒数是小麦产量构成的重要因子,研究小麦穗粒数及其相关性状的变化规律与遗传机制对于高产育种具有指导意义。以198份河南种植或审定的小麦品种(系)为材料,在4个环境下鉴定穗粒数相关性状表现,选用660K SNP芯片检测材料的基因型并进行全基因组关联分析。发现穗粒数存在着广泛的变异,穗粒数、穗长、总小穗数、可育小穗数和不育小穗数的广义遗传力分别为77.43%、87.54%、85.45%、79.70%和68.08%,2002年以前、2003-2008年、2009-2014年和2015年以来育成品种的平均穗粒数分别为35.71个、36.85个、37.40个和37.98个,随着育种时期的推进总小穗数和可育小穗数也表现出逐渐提高的趋势。共发现41个和穗粒数等性状相关联的位点,分布在除了1D、3A、3D、4B和4D的16条染色体上,单个关联位点的表型变异贡献率(R2)范围为6.19%~20.83%,其中10个位点至少在2个环境中稳定表达。对关联位点进一步分析发掘了多个与穗粒数性状相关的优异等位变异,如7A上AX-109368219(A)能增加穗粒数1.86粒,2A上AX-111674224(C)能提高总小穗数0.96个,2D上AX-111582877(G)能提高可育小穗数0.73个。研究揭示近五十年河南小麦穗粒数性状的动态变化及其规律,获得了多个和穗粒数等性状关联位点及等位变异,为小麦产量性状的遗传改良及分子设计育种提供了技术支持和基因资源。