小麦茎部镉积累性状全基因组关联分析及优异位点挖掘

小麦镉(Cd)污染日益加重,严重威胁食品安全和人类健康,培育和应用低镉积累品种是降低镉污染小麦风险的最有效途径之一,通过分子标记辅助手段可加快低镉积累特性小麦的筛选和培育。本研究选用175份小麦种质材料,种植于陕西省镉中度污染农田,对灌浆初期小麦茎部镉含量、镉富集系数和转运系数进行聚类分析,筛选出10个低镉积累特性种质。同时利用小麦660K单核苷酸多态性(SNP)芯片,通过3种模型对茎部镉含量、生物富集系数和转运系数进行全基因组关联分析,共鉴定到33个相关遗传位点,其中28个是新的SNP位点。针对茎部镉含量和转运系数3A上的2个主效QTL,开发了KASP标记,并在验证群体中明确了其准确性和实用性。基于基因注释和同源基因比对,预测了10个基因可能直接参与小麦镉积累转运相关生物过程;其中TraesCS3A02G289200基因是一个热休克转录因子,它在水稻中的同源基因(OsHsfA4a)被验证能够提高水稻对镉的耐受性。10个低镉积累特性种质及相关基因可用于小麦耐镉污染育种及有效分子标记开发。

小麦苗期铅耐受性的全基因组关联分析

【目的】随着工业化的推进,重金属尤其是铅对耕地的污染已成为世界性问题。小麦作为主要粮食作物,其健康生产对保障粮食安全意义重大,筛选铅耐受性强和铅低积累小麦品种、挖掘相关调控基因或 QTL 区间,为耐铅种质创新和揭示小麦铅耐受性遗传机制奠定基础。【方法】采用 140 mg·kg^(-1)的硝酸铅溶液对 102 份小麦品种(系)进行苗期胁迫试验,以 3 个重复下的最大根长、根生物量和生长速率的耐铅系数的加权隶属函数值(D 值)来评价小麦对铅的耐受性。结合小麦 660K SNP芯片的 335 438 个高质量 SNP 标记对小麦铅耐受性进行全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS),挖掘铅耐受性候选基因。【结果】小麦品种(系)之间的铅耐受性表现出丰富的变异,变异系数为 44.8%-46.2%,相关系数介于0.87-0.97(P<0.001);铅耐受性强的品种呈现出铅低积累特性。基因分型结果显示 SNP 多态性信息含量(polymorphic information content,PIC)为 0.28-0.32,群体结构分析将供试材料分为 7 个亚群;2 种 GWAS 分析方法共检测到 20 个与小麦铅耐受性显著关联的 SNP(P≤0.001)和 8 个候选区间,分别分布在 1B、2A、2D、3A、3B、5A 和 7A 染色体上,单个位点可解释 15.33%-19.75%的表型变异,其中 10 个位点和 8 个候选区间在 2 个及以上环境被检测到。分析稳定检测的显著关联位点及区间的候选基因,发现其功能主要与跨膜运输、蛋白修饰以及氧化应激反应有关,包括 7 个与转运蛋白相关基因(TraesCS1B02G433800、TraesCS7A02G118800、TraesCS7A02G117900 等)、2 个与泛素化与去泛素化相关的候选基因(TraesCS2A02G550900 和 TraesCS7A02G477300)、3 个跨膜蛋白基因(TraesCS2D02G570500、TraesCS3B02G039900 和TraesCS3B02G466000)和 1 个过氧化物酶相关的候选基因(TraesCS7A02G474200)。【结论】筛选出铅耐受性强的种质材料 7份,检测到与小麦铅耐受性显著关联的 20 个 SNP 位点及 8 个候选区间,筛选出 13 个与小麦铅耐受性相关的候选基因。