基于遗传解析新模式的小麦寡分蘖QTL的鉴定和验证

有效分蘖数可直接影响小麦的成穗数,与产量关系极为密切。挖掘小麦分蘖数相关数量性状位点,解析分蘖数与其他重要农艺性状之间的相关性,可为分子育种提供理论依据。本研究首先提出和建立了“多个环境评价-单个性状深入-综合性状兼顾-友好标记开发-不同背景验证”的遗传解析新模式。进一步利用该模式,以寡分蘖自然变异植株msf和川农16(CN16)构建的F6代重组自交系群体(MC群体)为实验材料,以多年多点的有效分蘖数作为表型数据,借助基于16K芯片构建的遗传连锁图谱成功定位和验证了寡分蘖遗传调控位点。QTL定位结果显示,1A、5A和6D染色体上有4个控制寡分蘖的QTL。其中Qltn.sau-MC-1A为稳定主效的寡分蘖QTL,解释了13.39%~60.40%的表型变异,其正效应位点来源于msf。表型分析发现,携带Qltn.sau-MC-1A正效应位点株系的有效分蘖数显著少于携带Qltn.sau-MC-1A负效应位点株系的有效分蘖数。相关性分析表明,有效分蘖数和株高之间存在极显著的正相关,与千粒重、每穗粒数、每穗粒重、旗叶宽之间存在显著的负相关,有效分蘖数与旗叶长、开花期之间无显著相关。遗传分析结果表明,Qltn.sau-MC-1A正效应位点显著增加每穗粒数、每穗粒重和千粒重,但推迟开花期。不同遗传背景下的验证结果表明,携带Qltn.sau-MC-1A正效应位点的株系确实能降低有效分蘖数。综上,本研究建立了一种遗传解析新模式,并基于此模式解析、定位和验证了一个控制寡分蘖的主效QTL Qltn.sau-MC-1A,为进一步精细定位和了解分蘖形成机制奠定了基础。

小麦小穗数调控基因WAPO1的单倍型、遗传效应、地理分布及育种利用分析

小麦穗部性状直接与产量相关,是极重要的农艺性状。WAPO1编码F-box蛋白,是水稻小穗数发育相关基因APO1在小麦中的直系同源基因。本研究鉴定了WAPO1的优异单倍型,并对其遗传效应、地理分布和育种利用情况进行了鉴定。通过开发的KASP标记对编码区第140位碱基变异SNP(G/T)进行鉴定,并使用前人报道的启动子InDel标记对WAPO1启动子115 bp的插入缺失进行鉴定,在中国地方小麦中进行单倍型鉴定。结果显示,在前人鉴定到的3种单倍型(H1:140^(G)+115^(deletion),H2:140^(T)+115^(insertion),H3:140^(G)+115^(insertion))基础上,鉴定到了新的第4种单倍型(H4:140^(T)+115^(deletion))并证明H2和H4为优异单倍型,能显著提高小麦每穗小穗数。将开发的KASP标记对223份世界小麦、144份中国育成小麦和119份四川小麦进行分型,筛选出优异单倍型并对其在育种中的利用和分布进行了鉴定,结果表明优异单倍型在中国和世界范围都被广泛选育。

基于16K SNP芯片的小麦株高QTL鉴定及其遗传分析

【目的】株高与产量之间关系密切。进一步挖掘具有育种利用价值的小麦株高数量性状位点(quantitative trait loci,QTL),并解析株高QTL对产量相关性状的遗传效应,为分子育种提供理论依据。【方法】以田间自然变异株msf为母本、小麦品种川农16为父本杂交衍生的F6代重组自交系群体(MC群体)为试验材料,于2020—2022年在四川省温江区、崇州市和雅安市试验基地进行2年5个生态环境点的种植和株高表型鉴定。使用16K SNP芯片所构建的高质量、高密度遗传连锁图谱定位株高性状。同时,利用株高主效QTL侧翼标记的基因型分析其正效应位点对于产量相关性状的遗传效应,评估主效QTL对产量提升的潜力。【结果】定位结果显示,分别在1A、3D、4D、5A和7B染色体共鉴定到8个控制株高的QTL。其中,定位到2个稳定的主效QTL:QPh.sau-MC-1A和QPh.sau-MC-5A,分别解释9.09%—25.56%和3.91%—13.09%的表型变异率,其正效应位点均来源于川农16。加性效应分析发现同时携带QPh.sau-MC-1A和QPh.sau-MC-5A正效应位点株系的株高显著高于仅携带单一正效应位点或没有携带任何正效应位点的株系。相关性分析发现,株高与有效分蘖数之间存在极显著的正相关性,与旗叶宽之间存在显著的负相关性,而与每穗粒数、每穗粒重、千粒重、旗叶长和开花期之间无显著相关性。遗传效应分析发现,QPh.sau-MC-1A正效应位点极显著增加有效分蘖数(56.51%),显著减少每穗粒数(-11.26%)、每穗粒重(-13.04%)、千粒重(-5.47%)和旗叶宽(-2.85%),促进开花期提前(-0.61%)。QPh.sau-MC-5A正效应位点显著增加有效分蘖数(10.57%)、每穗粒重(4.32%)和千粒重(2.92%),延迟开花期(1.07%)。【结论】在5A染色体定位到1个株高主效QTL—QPh.sau-MC-5A,其正效应位点显著提高有效分蘖数、每穗粒重及千粒重,对产量提高可能有积极效应。

小麦穗长QTL鉴定及其遗传分析

【目的】穗长在决定小麦穗的构造和产量潜力方面具有重要作用。挖掘具有育种利用价值的小麦穗长数量性状位点(quantitative trait loci,QTL),并解析其遗传效应,为分子标记辅助育种提供理论依据。【方法】以自然突变体msf和川农16构建的198份F6代重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)群体(MC群体)作为研究材料,于2020—2021和2021—2022年生长季,在四川温江区、崇州市和雅安市(2021WJ、2022WJ、2021CZ、2022CZ和2021YA)进行试验,对5个环境下的穗长进行表型鉴定。利用基于16K SNP芯片构建的高质量遗传连锁图谱对穗长性状位点进行定位。另外,根据穗长主效QTL侧翼标记的基因型分析主效位点对产量相关性状的遗传效应,从而评估其对产量提升的潜力。【结果】共鉴定到14个控制穗长发育的QTL,主要分布在1A(1个)、1B(1个)、2B(1个)、3D(3个)、4A(1个)、4D(2个)、5A(1个)、5B(1个)、7A(1个)、7B(1个)和7D(1个)染色体。其中,QSl.sau.1A在4个环境及最佳线性无偏预测(best linear unbiased prediction,BLUP)值中被检测到,可解释6.46%—20.12%的表型变异率,定位于1A染色体侧翼标记1A_1208254—1A_10060497间,被视为主效QTL。QSl.sau.1A的正效应位点来源于亲本msf。在多环境QTL分析结果中也检测到QSl.sau.1A,表明其受环境影响较小,为主效且稳定表达的QTL。QSl.sau.1A的效应在2个具有不同遗传背景的验证群体中得到进一步验证。除旗叶长无显著变化以外,携带QSl.sau.1A正效应位点株系的每穗籽粒数(12.68%)、每穗粒重(14.99%)、千粒重(5.79%)、旗叶宽(2.94%)和小穗数(1.48%)显著增加,花期(0.61%)显著提前,而株高(-6.47%)和有效分蘖数(-36.11%)显著减少。【结论】在1A染色体定位到1个主效且稳定的穗长位点。QSl.sau.1A正效应位点显著提高穗粒数、穗粒重、千粒重和小穗数,具有一定的育种价值。

四倍体小麦胚大小性状QTL定位与分析

【目的】挖掘小麦胚大小性状相关的数量性状位点,解析胚大小与其他重要农艺性状之间的相关性,为胚相关性状QTL的精细定位及育种利用奠定基础。【方法】以四倍体小麦矮兰麦(Ailanmai)和野生二粒小麦(LM001)构建的121份F8代重组自交系群体(AM群体)作为研究材料,将其分别种植于成都市崇州试验基地(2018、2019和2020年)、成都市温江区试验基地(2020年)和雅安市试验基地(2020年),调查5个环境下的胚长、胚宽、胚长/胚宽、胚长/粒长、胚宽/粒宽以及胚面积6个性状,结合基于小麦55K SNP芯片构建的遗传连锁图谱对上述6个性状进行QTL定位。【结果】胚大小性状呈近似正态分布,符合数量性状的遗传特征。QTL定位共检测到27个胚大小相关性状的QTL,其中,7个分别控制胚长和胚宽的QTL可解释7.75%-21.74%和7.67%-33.29%的表型变异,共检测到5个在多环境稳定表达的主效QTL:QEL.sicau-AM-3B、QEW.sicau-AM-2B、QEW/KW.sicau-AM-2B、QEL/EW.sicau-AM-2B-1和QEA.sicau-AM-2B,其贡献率分别为11.88%-21.74%、21.77%-33.29%、8.80%-24.92%、12.79%-31.13%和10.47%-20.67%。另外,上述胚相关的位点形成4个QTL簇,分别为1B控制胚长/粒长和胚长的QTL簇,2B控制胚宽、胚长/胚宽、胚宽/粒宽以及胚面积的QTL簇,3B控制胚长和胚面积的QTL簇,6B控制胚长/胚宽、胚宽/粒宽的QTL簇。确定胚大小与小麦籽粒大小具有显著正相关性,且发现胚长主效位点QEL.sicau-AM-3B与粒长主效位点共定位,但胚宽主效位点QEW.sicau-AM-2B独立于粒宽主效位点存在。在主效QTL所在物理区间鉴定获得4个可能参与胚大小调控的基因。【结论】鉴定到5个控制胚相关性状的稳定表达的主效QTL:QEL.sicau-AM-3B、QEW.sicau-AM-2B、QEW/KW.sicau-AM-2B、QEL/EW.sicau-AM-2B-1和QEA.sicau-AM-2B,其中,QEW.sicau-AM-2B可能为新的QTL。

新疆薰衣草种质资源遗传多样性SRAP分析

为给薰衣草育种研究提供科学依据,本研究采用SRAP分子标记技术对65份薰衣草种质资源遗传多样性及亲缘关系进行评价,结果表明11对多态性引物共扩增出192个条带,其中多态性条带182个,多态性比率为94.79%。65份薰衣草的遗传相似系数范围为0.510 4~0.885 4,平均值为0.650 2;遗传距离范围为0.121 7~0.693 1,平均值为0.337 3;等位基因数(Na)为1.963 5,有效等位基因数(Ne)为1.555 6,Nei’s基因多样性指数(He)为0.320 3,Shannon信息指数(I)为0.479 3。聚类分析把供试材料分为4个类群:第Ⅰ类群包括35份、第Ⅱ类群包括1份、第Ⅲ类群包括1份和第Ⅳ类群包括28份种质。本研究表明新疆薰衣草种质资源的遗传背景相对狭窄,为了创制优异的薰衣草新品种,需要引入更多亲缘关系较远的薰衣草种质资源。

薰衣草SRAP-PCR反应体系的建立及优化

为建立可靠并且稳定的SRAP-PCR反应体系,进一步开展新疆薰衣草种质资源的遗传多样性研究提供帮助。本研究采用L16(45)正交试验设计方法,对薰衣草SRAP-PCR反应体系主要影响因素DNA模板、Mg^2+、dNTPs、引物浓度及Taq DNA聚合酶的用量进行了筛选,比较了5个因素对扩增效果的影响。试验结果表明,各因素水平变化对反应体系的影响从大到小依次为:Mg^2+>引物>Tap聚合酶>dNTPs>DNA;建立的最佳反应体系为:总体积25.0μL,2.5μL 10×Buffer、Mg^2+浓度3.0 mmol/L、d NTPs浓度0.32 mmol/L、引物浓度0.24μmol/L、DNA模板量60 ng、Taq DNA聚合酶用量0.4 U,该体系经验证可以扩增出清晰、稳定且多态性较好的条带,可为开展后续的研究提供技术基础。