基于90K芯片SNP标记的小麦遗传图谱构建及抗纹枯病QTL定位

为挖掘定位小麦抗纹枯病QTL,以莱州953×山农辐63的F_(2∶3)为作图群体,用Illumina Wheat 90K芯片检测F_2单株的基因型,并用QTL IciMapping 4.1软件绘制该群体的遗传连锁图谱;在自然发病条件下,鉴定分离群体的抗、感表型,利用QTL IciMapping 4.1进行抗纹枯病QTL定位分析。结果表明,构建的小麦遗传连锁图谱包含21个连锁群,覆盖了小麦的21条染色体,图谱总长度5 528.12 cM,平均图距5.25 cM;共检测到6个分布于小麦1A、1B、2A、3A、7A和7D染色体上的加性QTL位点,单个QTL的贡献率为3.24%～10.37%。该结果可为小麦抗纹枯病QTL精细定位与相关基因克隆奠定基础,也为小麦抗纹枯病分子标记辅助选择育种提供了理论依据。

利用90K芯片分析烟农74(11)小麦衍生品种(系)的遗传关系

小麦种质烟农74(11)是20世纪70年代烟台农业科学院选育的小麦育种中间材料,衍生了鲁麦14、鲁麦13、烟农19等多个大面积推广品种,并以这些品种为育种亲本,选育出多个国审小麦品种,是近期山东省小麦育种的基础。选用烟农74(11)种质衍生品种(系)62份、非烟农74(11)种质衍生品种(系)58份,共计120份实验材料,采用小麦90K芯片,分析了供试材料的遗传关系。共获得26 026个有效SNP位点,其中A、B、D基因组各占32.17%、40.69%和7.64%。供试群体多态性信息含量(PIC)为0.18~0.31,平均为0.25,低于SSR标记揭示的遗传多样性。分析了全部材料组(组Ⅰ)和烟农74(11)衍生材料组(组Ⅱ)遗传相似性系数,发现组Ⅰ材料间的遗传相似性系数在0.61~0.70的占59.44%、0.71~0.80的占32.98%、≥0.91的占0.80%;组Ⅱ的遗传相似性系数在0.61~0.70的占26.77%、0.71~0.80的占53.22%、0.81~0.90的占17.26%,≥0.91的占2.75%,这表明烟农74(11)种质衍生后代间的遗传关系比较狭窄,需要拓宽遗传基础。此外,对几个经典小麦杂交组合进行了遗传相似性系数分析,发现子代和上缘亲本间的遗传相似性系数为0.68~0.87,平均为0.79;姊妹系间为0.84~0.87,父母本间为0.65~0.71。通过经典组合分析并结合当前小麦遗传关系狭窄的现实,建议在中短期育种目标中,双亲遗传相似性系数最好控制在0.8以下;在中长期育种目标中,双亲遗传相似性系数最好控制在0.7以下。

基于90K芯片标记的小麦芒长QTL定位

【目的】麦芒对小麦的抗逆性以及穗部光合等方面具有重要影响。研究旨在挖掘控制芒长的主效QTL及与其紧密连锁或共分离的分子标记,为全基因组分子标记辅助选择育种、近等基因系的构建、候选基因的筛选以及基因克隆提供依据。【方法】以小偃81/周8425B、小偃81/西农1376这2个组合的F9代RIL群体(分别含有102个和120个家系)为作图群体,利用覆盖小麦21条染色体组的90K标记构建2个遗传连锁图谱,于2016年10月至2017年6月将这2个F_9群体衍生的F_(9﹕10)群体分别种植在陕西杨凌、河南南阳和河南驻马店,小麦蜡熟期对芒长进行表型鉴定,用完备区间模型和多环境的联合分析对此性状进行QTL定位。【结果】构建了覆盖小麦21条染色体的2张遗传图谱,图谱长度分别为4 412.14和4 281.67 cM,平均遗传距离为分别为2.65和2.31 cM。2个连锁图谱的连锁标记数表明,90K标记在小麦基因组A、B和D间分布不均衡,但均表现为B基因组的标记数>A基因组的标记数>D基因组的标记数。对于2个连锁图谱的公共标记而言D基因组公共标记最少,从侧面反映出D基因组具有较高的保守性。2个RIL群体在陕西杨凌、河南南阳和河南驻马店3个环境下共检测到6个控制芒长的QTL。其中主效位点Qal5A-1在2个群体3种环境下都能被检测到,属于环境钝感QTL,表型变异贡献率变幅为46.01%—79.82%,对芒长具有强烈的抑制作用,加性效应来自短芒亲本小偃81,该主效QTL位点被定位在5A染色体末端,与分子标记RAC875_c8121_1147紧密连锁。另外Qal6B-1、Qal1B-1、Qal3B-1、Qal2D-1和Qal2D-2这5个QTL,分别被定位在6B、1B、3B、和2D染色体上,其表型变异的贡献率分别为1.39%、3.66%、3.93%、5.53%和3.51%,为微效QTL。小偃81/周8425B组合的RIL群体共检测的2个QTL,其中1个主效位点Qal5A-1和1个微效QTL位点Qal6B-1,2个QTL表型变异的贡献率总和为79.91%。小偃81/西农1376组合的RIL群体检测出5个QTL,1个主效位点Qal5A-1和4个微效位点Qal1B-1、Qal3B-1、Qal2D-1和Qal2D-2,5个QTL表型变异的贡献率总和为63.96%。多环境的联合分析得到了6个QTL,其互作效应的表型变异贡献率都远低于加性效应的表型变异贡献率,说明QTL与环境间的互作不是影响芒长的主要因素;加性效应值在不同的环境下近似相等,进一步表明这6个QTL在3个环境间有着稳定的遗传效应。【结论】2个群体检测到1个主效位点Qal5A-1,此位点能够稳定表达且与分子标记RAC875_c8121_1147紧密连锁,表型变异贡献率46.01%—79.82%,对芒长具有较强的抑制作用。

利用90k芯片技术进行小麦穗部性状QTL定位

小麦穗部性状与产量密切相关,挖掘穗部性状基因及其关联分子标记具有重要意义。本研究以周8425B?小偃81衍生的RIL群体(F8)为材料,利用90k芯片标记构建的高密度遗传图谱对3个环境下的穗长、小穗数、不育小穗数、穗粒数、千粒重进行QTL定位。共检测到19条染色体上的71个QTL,变异解释率(PVE)范围为2.10%~45.25%,其中37个位点为主效QTL(PVE>10%)。QSl.nafu-6A.2(穗长)、QSl.nafu-7A(穗长)、QSsn.nafu-2A.1(不育小穗数)、QSsn.nafu-2D(不育小穗数)和QGns.nafu-2B(穗粒数)在多个环境中被检测到,且LOD>10,PVE>20%。位于同一个基因簇中的QSl.nafu-6A.2(穗长)、QGns.nafu-6A(穗粒数)和QTgw.nafu-6A(千粒重)在多个环境中被检测到,且与已报道的相关位点位置相同或相近,在分子标记辅助育种中具有较大参考价值。

利用小麦90K SNP芯片研究泰山22的遗传组成

为探索育种选择对小麦基因组的影响,利用小麦90K SNP芯片分析了鲁麦18(母本)和鲁麦14(父本)对泰山22的遗传贡献率。结果表明,鲁麦18对泰山22号的贡献略大于鲁麦14,遗传贡献率分别为51.87%和48.13%。父母本在染色体间的遗传贡献率存在较大差异,父本鲁麦14贡献率超过50%的染色体有1A、1B、2A、3B、4A、6A、7A、7B和7D,其中3B、6A、7A超过85%;而母本鲁麦18在除此之外的12条染色体的遗传贡献率均大于50.00%,其中2B、5B超过98.00%。亲本遗传信息主要以染色体大片段形式传递到子代,如1B、2D、4A、5A、5B、6B、7A等染色体。对亲本和子代进行多年多点的农艺性状调查,发现泰山22号的株高、穗下节间长、穗叶距等株型相关性状和抽穗期等生育期性状高于高值亲本鲁麦18;有效小穗数、穗粒数和千粒重等产量相关性状在自然降雨条件下介于二者之间,在其余环境条件下均显著高于高值亲本鲁麦18,呈明显的超亲遗传;泰山22号粒长性状在不同水分条件下均高于高值亲本鲁麦18,其粒宽和粒厚均介于双亲之间。从基因组层面分析了育种亲本对子代的遗传贡献,展示了杂交育种及人工选择对农艺性状及基因组造成的影响。

利用90K基因芯片进行小麦株高QTL分析

为给小麦株高标记辅助选择提供可供选择的分子标记,并进一步对株高QTL进行精细定位及相关基因克隆,以小麦骨干亲本周8425B和小偃81衍生的包含102个家系的RIL群体(F_8)为材料,利用90K芯片标记构建高密度遗传图谱,在3个环境下对株高进行QTL检测。结果表明,所构建的图谱含有9 290个SNP标记,覆盖了小麦21条染色体的63个连锁群,图谱总长3 894.64cM,平均标记密度为0.42cM。共检测到9个控制株高的QTL,分布于1B、4A、4D、6B、7A、7B和7D染色体上,变异解释率为2.23%~16.25%。QPh.nafu.4D、QPh.nafu.4A、QPh.nafu.1B-2与前人定位到的位置相同或相近。QPh.nafu.7A具有较大的LOD值(8.17)和变异解释率(14.69%),为主效QTL。QPh.nafu.6B、QPh.nafu.7B-1、QPh.nafu.7B-2均能在多个环境下使用多种QTL检测方法定位到,可能为新的较稳定的控制株高的QTL。

利用基因芯片技术进行小麦遗传图谱构建及粒重QTL分析

[目的]小麦遗传图谱是进行小麦染色体分析和研究表型变异的遗传基础。通过利用传统分子标记和现代基因芯片技术相结合,构建高密度遗传图谱,重点开展主要产量主要构成要素——粒重的初级基因定位,确定影响粒重的主效QTL位点,为开发粒重CAPS分子标记及在分子标记辅助育种提供依据和指导,并为利用小麦粒重次级群体进行精细定位和基因挖掘奠定基础。[方法]利用90 K小麦SNP基因芯片、DArt芯片技术及传统的分子标记技术,以包含173个家系的RIL群体(F9:10重组自交系)为材料,构建高密度遗传图谱,并利用QTL network2.0进行了3年共4环境粒重QTL分析。[结果]构建了覆盖小麦21条染色体的高密度遗传图谱,该图谱共含有6 244个多态性标记,其中SNP标记6 001个、DAr T标记216个、SSR标记27个,覆盖染色体总长度4 875.29 c M,标记间平均距离0.78 c M。A、B、D染色体组分别有2 390、3 386和468个标记,分别占总标记数的38.3%、54.3%和7.5%;3个染色体组标记间平均距离分别为0.80、0.75和0.80 c M。用该分子遗传图谱对4个环境下粒重进行QTL分析,检测到位于1B、4B、5B、6A染色体上9个加性QTL,效应值大于10%的QTL位点有QGW4B-17、QGW4B-5、QGW4B-2、QGW6A-344、QGW6A-137;其中QGW4B-17在多个环境下检测到,其贡献率为16%—33.3%,可增加粒重效应值2.30-2.97g,该位点是稳定表达的主效QTL。9个QTL的加性效应均来自大粒母本山农01-35,单个QTL位点加性效应可增加千粒重1.09—2.97 g。[结论]构建的覆盖小麦21条染色体的分子遗传图谱共含有6 241个多态性标记,标记间平均距离为0.77 c M。利用该图谱检测到位于1B、4B、5B、6A染色体上9个控制粒重的加性QTL,其中QGW4B-17是稳定表达的主效QTL位点,贡献率为16.5%—33%,可增加粒重效应值2.30—2.97 g。

利用SSR标记和SNP芯片对小麦EMS突变体进行真实性鉴定

为鉴定EMS突变的真实性,本研究利用SSR标记和90 K SNP芯片对小麦品系H261及其EMS突变体进行检测。SSR检测结果表明,H261与LF2010和LF2099的差异SSR标记为0个,但与LF2100的差异SSR标记为10个,多态性比例为47.62%。SNP芯片分析结果表明,H261与LF2010和LF2099之间的差异位点分别为66和12个,分别占总数的0.080 9%和0.014 7%,2个突变体与H261的纯合差异SNP数目均为0;而H261与LF2100之间的差异位点为2 846个,占总数的3.487 9%,二者之间纯合差异SNP为784,占总数的0.960 8%。综上所述,LF2010和LF2099突变体与亲本H261的遗传背景高度一致,是H261经过EMS诱变的后代,而LF2100是天然异交或机械混杂产生的假突变体。本研究结果为更好地发挥小麦突变体在遗传改良和功能基因组研究奠定了一定的理论基础。

利用SSR和SNP标记分析鲁麦14对青农2号的遗传贡献

鲁麦14既是大面积推广品种,又是育种骨干亲本,衍生了40多个品种,其中青农2号(鲁麦14/烟农15//矮秆麦)是近年审定的小麦品种。本研究利用350个SSR标记和小麦90k芯片检测的26 026个SNP标记,解析了鲁麦14对青农2号的遗传贡献。鲁麦14和烟农15分别含有1/4和1/2蚰包麦血统,基因组分子标记分析结果显示,这两个品种有55.42%的SSR位点一致,而SNP位点一致性高达71.53%。选择亲本间差异位点,分析鲁麦14和烟农15对青农2号的遗传贡献,结果表明鲁麦14对青农2号的贡献大于烟农15,青农2号与亲本鲁麦14、烟农15分子标记的一致性,SSR标记分别为54.11%和36.30%,SNP标记分别为72.55%和26.98%。依据高通量SNP标记结果,从染色体水平看,烟农15贡献率超过50%的染色体有2B、3B和6A;而鲁麦14在除此之外的18条染色体的遗传贡献率大于50%。青农2号遗传组成图谱揭示了遗传物质多以较大染色体片段形式从亲本传递至子代。对亲本和子代进行多年多点的农艺性状调查,发现青农2号的旗叶长、旗叶宽、穗下节间长、穗叶距、抽穗度等株型相关性状及千粒重、粒长等产量相关性状与鲁麦14相近,株高、生育期等性状与烟农15相近。本文从分子层面解析育种亲本对子代的遗传贡献,为分子标记辅助育种提供了依据和理论基础。

新疆春小麦育成品种遗传演变分析

【目的】研究新疆春小麦育成品种遗传演变规律,提高小麦资源的利用效率,为新疆春小麦品种选育和改良提供参考依据。【方法】以新疆春小麦育成品种为材料,对其主要性状进行综合评价分析,以春小麦90K芯片开展新疆春小麦育成种亲缘关系分析。【结果】新疆春小麦育成种遗传多样性丰富,平均遗传多样性指数2.005,变幅为1.902~2.181。相关性分析结果表明,蛋白质含量、湿面筋含量、穗粒数与育种年代呈极显著正相关。新疆春小麦品种选育主要是通过常规杂交育种、杂交辐射诱变育种、引种3种方式。利用小麦90K芯片将新疆春小麦育成种划分为3个类群,显示了各品种之间的亲缘关系。【结论】新疆春小麦育种遗传基础薄弱、遗传多样性逐渐散失,新疆小麦育种应加强资源收集与利用,扩大育种亲本选择,提高品种变异的丰度和广度,以多抗、高产稳产、优质高效的聚合育种,加快新品种选育进程,提高育种效率。

小麦周8425B×小偃81重组自交系群体千粒重相关性状的QTL定位及单倍型分析

【目的】周8425B是中国小麦重要骨干亲本之一,小偃81是李振声院士选育的高产、优质、多穗型品种。千粒重是影响小麦产量的重要因素,发掘周8425B和小偃81的千粒重及相关性状的QTL,并分析不同生态区小麦品种所含QTL的单倍型与千粒重的关系,发掘优异单倍型,为不同生态区提高小麦产量及分子辅助育种提供基因型参考。【方法】以周8425B×小偃81衍生的重组自交系群体(F8)为研究对象,分别于2015和2016年在陕西杨凌(早晚播)进行田间种植,收获后对籽粒相关性状进行测量。利用90K芯片标记构建的高密度遗传图谱对3个环境下的千粒重、籽粒长、籽粒宽和籽粒厚进行QTL定位。同时,针对稳定的主效QTL开发相应的KASP分子标记,并以479份国内外小麦种质组成的自然群体为材料进行分子检测,结合自然群体的千粒重等性状进行关联分析;此外,从479份小麦中挑选出106份含有660K芯片基因型数据的当前黄淮麦区推广的小麦品种,以主效QTL置信区间的差异SNP为基础,进行目标QTL定位区间的单倍型分析,从而判断黄淮麦区中陕西、河南和山东种质材料中的优势类群。【结果】QTL定位结果显示,3个环境下共在8条染色体上检测到22个QTL,表型变异解释率(PVE)范围为4.77%-19.95%,12个位点为主效QTL(PVE>10%),其中Qkgw.nwafu-6B可能为新QTL。4A、6A、6B、7D染色体上的QTL在多个环境中被检测到,其中,4A和7D染色体处QTL与已报道的相关位点位置相同或接近。6A染色体上的QTL区间包含已知千粒重基因TaGW2-6A,根据TaGW2-6A的分子功能标记检测结果,周8425B和小偃81同时含有TaGW2-6A,此外,基于单倍型分析结果,二者存在于不同的类群中,因此,该位点不同于TaGW2-6A,也可能为新的QTL。单倍型分析结果显示,Qkgw.nwafu-6A总共分为5种单倍型,在不同产区占比超过20%的为6A_h1,其在3个地点千粒重数据均高于其他单倍型;Qkgw.nwafu-6B总共分为8种单倍型,在不同产区占比超过20%的为6B_h6,在河南两点千粒重数据较高,推测含有这两类单倍型的材料为优势类群。此外,针对Qkgw.nwafu-6B开发出共分离的KASP标记,并在479份材料组成的自然群体显著性检测中证明该位点与千粒重表型显著相关。【结论】Qkgw.nwafu-6A和Qkgw.nwafu-6B可能为新的与千粒重相关的主效QTL位点,6A_h1和6B_h6为优势单倍型,开发了一个与Qkgw.nwafu-6B共分离的分子标记KASP_IWA349,可用于分子标记辅助育种。

利用SNP基因芯片技术进行小麦遗传图谱构建及重要农艺性状QTL分析

小麦遗传图谱是进行小麦染色体分析和表型研究的遗传基础.构建高密度遗传图谱,针对小麦重要农艺性状进行初级定位,确定相关性状主效数量性状位点(Quantitative Trait Loci,QTL),有助于开发辅助选择的实用性标记,并为利用次级群体进行精细定位和基因挖掘奠定基础.本研究以H461×CN16的重组自交系(Recombinant Inbred Line,RIL)为作图群体,利用90k小麦SNP基因芯片技术,对包含188个家系的RIL群体(F7)进行多态性分析,构建高密度遗传图谱,并利用Map QTL5.0的多QTL模型(MQM),对旗叶长、穗粒数等8个重要农艺性状进行QTL定位分析.构建了包括43个连锁群的分子遗传图谱,成功连锁到除2D、5D、6D外的18条染色体.该图谱共含有6 573个多态性SNP标记,覆盖的遗传距离长2 647.02 c M,标记间平均距离仅为0.4 c M.A、B、D三个染色体组分别含有标记2 696、3 094和684个;覆盖染色长度分别为1 130.92 c M、1 164.82 c M和330.44 c M;分别建立19、18和5个连锁群.对8种重要田间农艺性状进行QTL分析,共检测到66个重要农艺性状QTL,其中包括26个主效QTL,包含未见报道的新位点7个.全部QTL分布于2A、4A、6A、2B、4B、5B、2D、4D、7D 9条染色体上,单个QTL可解释表型变异率7.4%-19.5%,其中62个QTL加性效应来自母本H461,其余来自父本CN16.以上结果为小麦重要农艺性状QTL精细定位打下了基础,也为分子标记辅助育种提供了参考.

AL型三系交小麦不育相关基因dCAPs标记开发与应用

为快速、准确鉴别出不育系中混入的保持系种子数量,确保不育系种子繁殖纯度。本研究以3对育性稳定的不育系和其同型保持系为试验材料,采用Illumina wheat 90K芯片技术,对其SNP差异位点进行分析,设计了与不育基因相关的SNP引物,在此基础上开发了dCAPs标记,并采用杂交小麦杂交种和恢复系为检测材料对d CAPs分子标记的可靠性进行了验证。结果表明,从3对不育系和其同型保持系材料中获得一个共有SNP差异位点。根据差异位点开发了含有内切酶XmnⅠ的dCAPs标记,对含有不育基因材料进行dCAPs标记检测,表明该标记为AL型三系杂交小麦不育基因检测较理想的分子标记,为杂交小麦遗传基础研究及种子纯度检测提供了可靠工具。

小偃麦衍生系CH984抗白粉病基因定位

小麦种质CH984为八倍体小偃麦TAI7047与小麦品种‘晋太170’杂交后代衍生而来的高代选系,在成株期对中国白粉病菌株E09表现免疫,抗病表现与TAI7047相似。将CH984分别与小麦感病材料TC29和SY95-71配置组合,获得CH984/TC29 RIL群体和CH984/SY95-71 F2群体。利用E09对2个遗传群体进行苗期接种鉴定和遗传分析,证实CH984携带1个主效抗白粉病基因,暂命名为PmCH984。采用分离群体分组分析法对CH984/TC29 RIL群体家系的抗感池扫描小麦90K芯片,结果显示多态性SNP标记主要位于小麦2D染色体长臂400~450 Mb区段。在目标区段内每隔5 Mb开发1个SSR标记,并结合2DL染色体上的公共SSR标记和NRM标记扩增CH984/TC29 RIL群体,最终利用8个SSR标记将PmCH984定位在1个40 Mb的物理区间内,与侧翼连锁标记Xcfd2和SSR3的遗传距离分别为2.5和0.1 cM。位点分析表明,PmCH984是一个新的抗白粉病基因。