扬麦4号/偃展1号RIL群体株高QTL挖掘及其对赤霉病抗性的效应分析与验证

小麦的株高(plant height,PH)性状与赤霉病(fusarium head blight,FHB)抗性的关系密切。本研究利用扬麦4号/偃展1号(YM4/YZ1)杂交组合衍生的重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)群体,利用55K单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphism,SNP)芯片数据,结合3年共6个环境下RIL群体及其亲本的株高数据,挖掘株高性状的遗传位点。同时利用土壤表面赤霉病麦粒抛撒法和单花滴注法鉴定株高位点对赤霉病抗侵染(Type I)和抗扩展(Type II)两种类型的效应。在染色体2D、4B、4D、5A和7D上检测到7个与株高相关的数量性状位点(quantitative trait loci,QTL),经过比对,QPh.yas-2D.2可能是新的株高位点。QPh.yas-2D.1、QPh.yas-2D.2和QPh.yas-5A的矮秆效应来源于扬麦4号,其余4个QTL的矮秆效应来源于偃展1号。QPh.yas-4D和QPh.yas-5A均在6个环境下被检测到,表型变异贡献率(PVE)范围分别为19.48%~44.11%和10.48%~13.71%。研究发现Rht-D1和QPh.yas-7D.2位点上的高秆等位变异(YM4等位变异)分别降低侵染型平均病小穗率(average percentage of infected spikelets,PIS)34.97%和19.09%,QPh.yas-2D.2和QPh.yas-5A位点上的矮秆等位变异(YM4等位变异)分别降低扩展型平均病小穗率(average percentage of diseased spikelets,PDS)24.73%和14.56%。QPh.yas-5A的矮秆等位变异来源于阿夫。利用小麦中国春2.1版本的参考基因组信息分析QPh.yas-5A区间,发现一共有146个有注释功能的高置信基因,主要涉及合成细胞色素P450、脱水反应元件结合蛋白、乙烯响应转录因子、转录因子MYC2和细胞壁受体相关激酶等。进一步将QPh.yas-5A位点紧密连锁SNP标记转化成育种可用分子标记KASP-5A,并在126份小麦品种(系)中初步验证其对株高和赤霉病抗性的效应。研究结果可为QPh.yas-5A的育种应用和精细定位奠定基础。

小麦株高QTL的定位及对重要农艺性状的多效性分析

株高作为小麦育种的重要指标,对产量具有较大的影响。为进一步挖掘小麦株高的数量性状位点(quantitative trait loci,QTL),本研究以扬麦12和偃展1号杂交得到的包含205个家系的重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)群体为材料,利用小麦55K SNP芯片构建高密度遗传图谱,结合3年共6个环境的表型数据对株高性状进行QTL定位分析。结果表明,在染色体2B(1)、4B(1)、4D(1)、5A(1)、5B(1)和7D(2)上共检测到7个与株高相关的QTL。QPh.yaas-4B、QPh.yaas-5A和QPh.yaas-7D.1的矮秆效应来源于扬麦12,其余4个QTL的矮秆效应来源于偃展1号。在6个环境下都能检测到的位点是QPh.yaas-4B和QPh.yaas-4D,对株高的贡献率分别14.50%~24.09%和19.01%~29.80%,经过比对发现,这2个QTL分别是Rht1和Rht2。QPh.yaas-5A在5个环境下被检测到,对株高的贡献率为3.29%~5.36%;QPh.yaas-2D和QPh.yaas-7D.2在4个环境中均被检测到,对株高的贡献率分别为3.45%~6.14%和3.16%~4.10%;QPh.yaas-5B和QPh.yaas-7D.1分别在2个和3个环境中被检测到,对株高的贡献率分别是2.27%~5.09%和2.72%~4.82%。QTL比较分析后发现,QPh.yaas-7D.1和QPh.yaas-7D.2可能是新的株高位点。研究Rht-B1和Rht-D1对千粒重、穗长和穗粒数的效应,发现Rht-B1位点对这些农艺性状无显著效应,Rht-D1位点仅对千粒重有显著效应,其株高增效等位变异可显著增加千粒重。在自然群体中验证Rht-B1和Rht-D1的效应结果与RIL群体结果一致。

小麦穗部性状和株高的QTL定位及育种标记开发和验证

穗部性状和株高是小麦育种的重要指标。以扬麦13 (Yangmai 13,简称YM13)和CIMMYT引进种质人工合成小麦衍生系C615为亲本构建重组自交系群体为研究材料,基于小麦90K SNP芯片基因型数据,结合3个环境下表型结果,分别检测到1个每穗结实总小穗数、2个穗长、2个结实小穗着生密度和3个株高的位点。其中,每穗结实总小穗数位点QSN.yaas-3B与株高位点QPH.yaas-3B处于同一位置,穗长位点QSL.yaas-5A、结实小穗着生密度位点QSC.yaas-5A和株高位点QPH.yaas-5A处于同一位置,穗长位点QSL.yaas-6A和结实小穗着生密度的位点QSC.yaas-6A处于同一位置。比对结果显示QSN.yaas-3B/QPH.yaas-3B和QSL.yaas-6A/QSC.yaas-6A位点均未见报道。进一步将QSL.yaas-5A/QSC.yaas-5A/QPH.yaas-5A位点紧密连锁SNP标记转化为KASP标记QC615-5A-KASP,并在105份小麦品系中初步验证其育种效应。研究结果可为小麦产量相关性状分子育种提供参考。

扬麦13/C615重组自交系籽粒蛋白质含量和硬度性状QTL分析

籽粒蛋白质含量和硬度是评价小麦品质的重要指标,也是小麦品质育种的主要选择指标。为挖掘新的与小麦品质相关的QTL,以扬麦13为父本,以CIMMYT引进种质C615为母本,构建了包含198个家系的重组自交系(recombinant inbred line,RIL)群体,利用小麦90K SNP芯片构建遗传图谱,并结合群体在4个环境下的籽粒蛋白质含量和硬度性状,对这两个性状进行QTL定位。结果表明,后代的品质性状偏向于扬麦13;94个家系的籽粒蛋白质含量平均值小于12.5%,硬度平均值小于50,符合国家弱筋小麦籽粒品质标准;构建的遗传图谱覆盖小麦21条染色体,长度为4853.76 cM,平均图距为5.79 cM;共检测到4个与籽粒蛋白质含量显著相关的QTL,分别位于2D染色体短臂、3D染色体短臂、5B染色体短臂和7A染色体长臂上,除QGpc.yaas-3DS的增效基因来源于扬麦13外,其余3个QTL的增效基因均来自C615。QGpc.yaas-2DS在4个环境中均能检测到,单个QTL的表型贡献率为2.80%~11.79%,其他3个QTL均仅能在1个环境下检测到,表型贡献率为3.09%~9.79%;共检测到2个与籽粒硬度性状显著相关的QTL,分别位于4A染色体长臂和5D染色体短臂上,硬度增效基因都来自C615,QHA.yaas-4AL在2个环境能检测到,表型贡献率为3.17%~3.84%;QHA.yaas-5DS在4个环境下能检测到,表型贡献率为26.37%~37.51%。聚合2个硬度增效基因的家系硬度值均达到硬质麦水平(硬度值≥50)。综上,扬麦13可作为优异亲本用于弱筋小麦品质育种,定位到的稳定的QTL/基因可为小麦籽粒蛋白质含量和硬度性状的分子标记辅助育种提供帮助。