基于小麦SNP芯片对簇毛麦6V#2和6V#4染色体及其与小麦6A、6D染色体的多态性分析

【目的】利用大数据比较2条不同的簇毛麦6V(#2和#4)染色体及其与小麦6A、6D染色体间DNA水平上的差异,为小麦-簇毛麦靶向易位的精准设计育种提供依据。【方法】以6V#4(6D)异代换系RW15为父本和6V#2(6A)异代换系南87-88为母本进行杂交,获得F2分离群体,利用6V#4S/6V#2S/6AS/6DS/6VL特异分子标记检测F2植株,筛选新类型的代换系,并用分子标记结合基因组原位杂交(genomic in situ hybridization,GISH)对新类型代换系进行确认,再利用小麦55K芯片中的6A、6D探针,对新代换系及其双亲南87-88和RW15进行分析;结合660K芯片6A、6D探针对2份簇毛麦的SNP分析结果,筛选6V特异SNP。【结果】GISH分析表明,19EL124和19EL134的体细胞染色体数2n=42,分别携带2条完整的外源染色体;分子标记鉴定结果表明,19EL124含有6V#4S/6DS特异标记带,缺失了6V#2S/6AS特异带,而19EL134含有6V#2S/6AS特异标记带,缺失了6V#4S/6DS特异带;19EL124和19EL134都含有6VL的特异带,证明19EL124为6V#4(6A)异代换系,19EL134为6V#2(6D)异代换系。55K芯片检测结果表明,异代换系中关键染色体探针的检测效率显著低于其他染色体,且对同类型异代换不同系的检测效率也有所不同。1177个6A探针中,63.21%不能对6A代换系南87-88分型,68.90%不能对6A异代换系19EL124分型,22.51%检测到6V#2和6V#4间的多态性,其中88个只能检测到6V#4染色体,而155个只能检测到6V#2染色体;479个6D探针中,49.48%不能对6D异代换系RW15分型,53.44%不能对6D代换系19EL134分型,16.70%检测到6V#2和6V#4间的多态性,其中23个只能检测到6V#2染色体,42个只能检测到6V#4染色体。整合55K和660K芯片的共有探针,分别从395个6A、231个6D探针筛选获得簇毛麦6V特异的SNP标记22个和15个,其中3个可在6V#2和6V#4染色体间显示多态性。【结论】小麦染色体的缺失与外源染色体的替换,使相应染色体探针的检测效率大幅降低,NA分型比例极大增加,且多数NA分型在2条不同的外源染色体间显示多态;相同探针对2条外源染色体的检测效率不同,小麦6A探针可以更好地检测6V#2,而小麦6D探针可更好检测6V#4;在簇毛麦与异代换系6V染色体的一致性分型中,筛选获得簇毛麦6V特异的SNP标记37个。

小麦品种烟农999高产遗传基础解析

小麦品种烟农999具有高产、稳产、广适等特性,明确烟农999的遗传特性,挖掘其高产关键区段,可为烟农999育种及生产应用提供理论支撑。本研究利用55K小麦SNP芯片对烟农999及其46份衍生品种(系)、243份育成的小麦品种(系)为材料组成的自然群体进行了全基因组基因型鉴定,解析了其关键育种选择区段及其遗传效应,基于产量三要素优异等位基因位点组成系统解析了其高产形成的关键遗传基础。表型结果表明,烟农999高千粒重优异性状在其后代中得以优先选择保留。46份烟农999衍生品种(系)平均遗传相似系数为0.87。在全基因组水平,烟农999对F3、F5、F6及F7以上衍生品系遗传贡献率分别为84.94%、86.19%、86.67%和87.65%。46份烟农999衍生品种(系)中共检测到222个传递率在95%以上的烟农999高频率选择区段,长度变幅为5.04~108.75 Mb,其中2A包含高频率选择区段总长度最长,约为483.37 Mb;7D最短,约为13.84 Mb。222个高频率选择区段内包含135个已知的与产量性状相关的QTL,其中A基因组为80个,B和D基因组分别为48个和7个。基于自然群体单标记QTL分析共检测到1195个控制单株产量、267个控制穗粒数、790个控制千粒重和678个控制单株穗数的显著性关联SNP位点,其中烟农999基因型为增效的位点占比分别为84.02%、51.69%、94.18%和13.42%,说明烟农999已富集了单株产量和千粒重优异等位基因位点,是其高产、稳产的重要遗传基础。本研究为烟农999的分子育种亲本应用与烟农999高产基因挖掘提供理论参考。

小麦芒基因定位及其与农艺性状的相关性分析

芒是位于植物穗上的针状结构,广泛存在于禾本科作物水稻、小麦、高粱和大麦中,不同作物芒的结构存在差异。小麦中,芒对提高穗光合效率和产量、防鸟、抗虫及抗逆有重要作用。前人已经对抑制小麦芒发育的主要基因进行了定位和遗传分析,4个主效基因中仅有B1(Tipped1)基因被克隆。本研究基于人工群体云南3号和偃展1号BC_3F_6群体(YN3/YZ1)和自然群体,分析了芒与其他农艺性状的关系,发现芒对株高和产量性状有显著影响;用小麦660K SNP芯片扫描YN3/YZ1和自然群体,全基因组关联分析(GWAS)显示小麦染色体5AL和6BL存在与芒性状显著相关的基因组区域,分别对应于小麦芒抑制基因B1和B2;长芒和顶芒近等基因系转录组分析发现,在6BL候选区间内有23个差异表达基因。本研究将为进一步克隆B2基因提供参考。