灌浆期开放式增温对不同小麦产量和品质的影响

为研究灌浆期开放条件下增温对不同小麦产量及品质的影响,采用开放式红外增温技术,以‘济麦22’和‘济麦44’为材料,于2020—2022年进行灌浆期白天增温来模拟未来气候变暖下温度升高对不同小麦产量及其构成因素和品质(主要是淀粉和蛋白质)的影响。在本试验条件下,增温处理的两种小麦千粒质量和产量均呈现下降趋势,千粒质量下降3.3%~5.7%,产量损失2.0%~5.0%。增温使两个品种的淀粉含量降低1.4%~2.4%,白度降低1.6%~1.8%,面筋指数降低0.4%~3.6%。灌浆期增温处理增加了小麦籽粒蛋白含量,增幅为1.1%~9.6%,沉降值增加0.8%~11.9%。另外增温处理对两种小麦面粉的淀粉糊化特性产生了不同的影响,‘济麦22’面粉的低谷黏度和峰值黏度显著上升,最终黏度、回生值和糊化温度差异不显著;‘济麦44’面粉的低谷黏度、峰值黏度和最终黏度显著下降,回生值和糊化温度差异不显著。综上,在其他生育进程不变的情况下,灌浆期增温将会导致小麦减产,同时小麦籽粒物质组成也将发生复杂的变化,从而影响到小麦的品质。

小麦矮秆基因Rht-B1b和Rht-D1b的降秆效应及株高相关QTL挖掘

株高是决定小麦抗倒伏能力的重要农艺性状,为验证已克隆矮秆基因Rht-B1b和Rht-D1b的降秆效应、并发掘新的株高相关QTL位点,以济麦44×济麦229构建的285份重组自交系(RIL)群体为材料,于2020-2021年(济南)和2021-2022年(济南和济阳)在试验基地种植并调查每个家系的株高。利用已开发的Rht-B1b和Rht-D1b特异性分子标记检测群体内家系基因型,分析不同基因型间株高差异,利用小麦55K SNP芯片进行基因型检测并构建了高密度遗传连锁图谱,对株高进行QTL定位分析。结果表明,285份RIL家系中,82份材料含有Rht-B1b基因,78份材料含有Rht-D1b基因,29份材料同时含有Rht-B1b和Rht-D1b基因。根据基因检测结果,Rht-B1b可降低株高6.76~8.83 cm(8.10%~10.75%),Rht-D1b可降低株高11.68~16.60 cm(14.68%~17.36%),Rht-B1b和Rht-D1b基因同时存在可降低株高8.85~35.80 cm(11.05%~34.82%)。2344个骨架标记用于构建遗传连锁图谱,图谱总长度3349.95 cM,标记平均密度为1.43/cM。株高性状QTL分析共检测到6个QTL,分布于1A、1B、2B、4B和4D染色体上,单个QTL可以解释0.81%~32.32%的表型变异,检测到2个在3个环境及BLUE值下稳定存在的主效的QTL,为已克隆的Rht-B1b和Rht-D1b基因,分别可以解释10.40%~20.12%和22.25%~32.32%的表型变异。此外,Qph.saas-4D.1和Qph.saas-2B.2可在2个环境下被检测到,其中Qph.saas-4D.1与多个前人的研究得到的QTL位点相近,可能为同一QTL位点,Qph.saas-2B.2未发现与前人研究的结果重合,可能为株高新QTL位点,研究结果将为进一步矮秆基因的精细定位和矮化育种提供理论参考。

灌浆期小麦旗叶在高温胁迫下的转录组分析

高温胁迫是生长发育后期影响小麦产量和品质的关键因素,挖掘耐热基因、解析耐热分子机制对耐热育种具有重要意义。本研究选用耐热品种菏麦13和热敏感品种临麦2号为材料,于花后14 d进行42℃高温胁迫处理1 h,提取旗叶RNA进行RNA-seq分析,获取差异表达基因,利用qRT-PCR技术验证转录组测序结果的准确性,并对差异基因进行GO和KEGG分析。共筛选出4715个差异表达基因,多数基因在高温胁迫下上调表达;qRT-PCR结果证明了RNA-seq测序结果的可靠性和可重复性。GO分析表明差异表达基因主要富集在代谢过程、细胞、催化活性上;KEGG分析表明差异表达基因主要富集在内质网蛋白质加工和光合作用通路上;转录因子共有86个,主要包含AP2-EREBP、MYB、NAC、WRKY、HSF等转录因子家族。该研究可为后续进一步研究高温胁迫调控网络、选育耐热新品种奠定基础。

小麦灌浆期耐高温性状QTL定位与分析

小麦属喜凉作物,灌浆期易受高温胁迫影响,导致产量下降和品质变劣。开展小麦耐高温相关性状的QTL定位与分析,对于小麦耐高温品种鉴定和培育具有重要意义。本研究以遗传背景差异较大的耐高温品种菏麦13与高温敏感品种临麦2号为亲本构建的重组自交系群体(F8代)为材料,利用SNP芯片对群体进行全基因组扫描;调查群体旗叶干尖指数和千粒重热感指数,对其进行QTL分析。结果表明,遗传图谱包含741个SNP标记,覆盖15条染色体,全长1720.43 cM,标记间平均距离2.32 cM。共检测到10个旗叶干尖指数QTLs,分布于1A、1B、2A、4A、5B、7A和7B染色体上,可解释表型变异5.03%~13.11%,其中3个QTLs能解释超过10%的表型变异,可能为主效QTLs;7B染色体上的qFLS-7B在2个环境中稳定存在,可解释6.53%~8.32%的表型变异。共检测到11个千粒重热感指数QTLs,分布于2B、3A、4B、5A、5D、6A、6D、7B和7D染色体上,可解释4.89%~15.60%的表型变异,其中2个QTLs能解释超过10%的表型变异,可能为主效QTLs;7B染色体上的qITKW-7B在3个环境中稳定存在,可解释5.27%~9.15%的表型变异。

济麦44/济麦229重组自交系群体籽粒蛋白质含量QTL分析

小麦籽粒蛋白质含量与面团流变学特性及加工特性的关系密不可分。本研究在2020—2021年济南试验基地(E1)及2021—2022年济南试验基地(E2)和济阳试验基地(E3)三个环境下,以“济麦44×济麦229”构建的包含285个家系的重组自交系群体(F2∶6RILs)为材料,利用小麦55K SNP芯片构建高密度遗传连锁图谱,对籽粒蛋白质含量进行QTL分析。结果共筛选到2344个SNP标记用于构建遗传连锁图谱,图谱总长度3349.95 cM,平均标记密度为1.43 cM/标记。通过对籽粒蛋白质含量的QTL分析,共检测到18个籽粒蛋白质含量相关QTL,分布在1A、1B、2B、3D、4B、4D、5A、5B、5D、7A、7B共11条染色体上。Qpc.saas.4B-1在E1、E2和E3三个环境和BLUE(最佳线性无偏估计)值中均被稳定检测到,可以解释3.26%~23.79%的表型变异。Qpc.saas.4D和Qpc.saas.5A在两个环境和BLUE值中被检测到,分别解释2.42%~11.18%和2.48%~5.47%的表型变异,且Qpc.saas.4D与小麦矮秆基因Rht-D1b物理位置重合。本研究中检测到的QTL新位点Qpc.saas.4B-1、Qpc.saas.4D和Qpc.saas.5A是控制籽粒蛋白质含量的主效基因,具有高表型变异解释率。本研究结果可为小麦品质育种提供分子标记及理论参考。