小麥骨干親本矮孟牛衍生系主要農(nóng)藝及品質(zhì)性狀的關(guān)聯(lián)分析.pdf

1、小麥(Triticum aestivumL.)是世界上主要糧食作物之一，小麥的許多重要性狀是多基因控制的數(shù)量性狀(Quantitative trait locus/loci，QTL)，數(shù)量性狀的表型和基因型研究是育種工作的基礎(chǔ)。
　　 關(guān)聯(lián)分析利用不同基因座等位變異(基因)間的連鎖不平衡關(guān)系，進(jìn)行標(biāo)記與性狀的相關(guān)性分析，它是一種十分有效的作圖方法，可以鑒定特定目標(biāo)性狀基因(或染色體區(qū)段)。關(guān)聯(lián)分析技術(shù)與傳統(tǒng)的QTL相比，具有周期

2、短、精確、鑒定位點(diǎn)多等優(yōu)勢。
　　 “矮孟?！笔且粋€(gè)新確定的小麥骨干親本，由其培育出一批大面積推廣的品種，也衍生出許多具有廣泛應(yīng)用價(jià)值的親本育種材料。本研究利用“矮孟?！奔捌溲苌倒?09份材料構(gòu)成一個(gè)研究群體，獲得6個(gè)環(huán)境下的農(nóng)藝及品質(zhì)性狀數(shù)據(jù)；選用覆蓋小麥全基因組的971個(gè)DArT(Diversity Array Technology)標(biāo)記掃描；分析群體的遺傳多樣性水平和選擇牽連效應(yīng)“V”字形谷區(qū)段；篩選矮孟牛3個(gè)親本的特異

3、標(biāo)記位點(diǎn)(染色體區(qū)段)，明確它們在衍生后代材料中的遺傳頻率和遺傳貢獻(xiàn)率；確定群體的遺傳結(jié)構(gòu)和連鎖不平衡式樣；最后，利用基于混合線性模型的TASSEL2.0.1軟件，對(duì)株高、籽粒、穗部等重要農(nóng)藝性狀及面粉、面團(tuán)特性、加工品質(zhì)等主要品質(zhì)性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，定位控制這些性狀的位點(diǎn)。
　　 對(duì)矮孟牛及其衍生系進(jìn)行全基因組的高密度掃描，通過標(biāo)記/性狀關(guān)聯(lián)分析，可以找到一些重要的基因組區(qū)段，定位一些骨干親本所攜帶和傳遞的產(chǎn)量、品質(zhì)相關(guān)基因。了

4、解骨干親本及其衍生系的基因組學(xué)基礎(chǔ)，為品種分子設(shè)計(jì)、組合選配及后代分子標(biāo)記選擇提供重要的理論依據(jù)，進(jìn)而為分子育種服務(wù)。
　　 本研究獲得以下主要結(jié)果：
　　 1.明確了該群體的遺傳多樣性水平。全基因組掃描確定全部109份小麥材料的多樣性指數(shù)(PIC值)范圍是0.054～0.5，平均值為0.408；繪制了21條染色體的PIC曲線變化趨勢圖，獲得60多個(gè)發(fā)生選擇牽連效應(yīng)的“V”字形基因組區(qū)段。
　　 2.明確了親本特

5、異標(biāo)記位點(diǎn)的遺傳特性。篩選到矮孟牛3個(gè)親本的330個(gè)特異DArT位點(diǎn)，獲得了它們在41份衍生后代(有詳細(xì)系譜來源)中的遺傳頻率和遺傳貢獻(xiàn)率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)3個(gè)原始親本遺傳差異較大；在對(duì)后代的影響方面，牛朱特影響最大，矮豐3號(hào)次之，孟縣201最小；明確了對(duì)后代有較大貢獻(xiàn)、高頻率傳遞的染色體位點(diǎn)，其中7個(gè)位點(diǎn)效應(yīng)顯著。
　　 3.獲得關(guān)聯(lián)群體的遺傳結(jié)構(gòu)和連鎖不平衡(Linkage disequilibrium，LD)狀況。基于模型的STR

6、UCTURE軟件將該群體劃分為5個(gè)亞群。整個(gè)群體中，7.03％的DArT位點(diǎn)之間存在顯著的LD(P<0.01)，在各亞群中存在顯著LD的位點(diǎn)占0.501％～2.64％，在染色體上發(fā)現(xiàn)了許多LD塊。整個(gè)群體的連鎖不平衡衰減距離為23.6cM，各亞群的衰減距離為6～15cM。
　　 4.對(duì)48個(gè)重要的農(nóng)藝、品質(zhì)性狀進(jìn)行6個(gè)環(huán)境下的關(guān)聯(lián)分析，共確定了779個(gè)標(biāo)記/性狀關(guān)聯(lián)(marker-trait associations，MTAs)

7、。這些關(guān)聯(lián)分布在除4D、5A外的19條染色體上。其中，4個(gè)關(guān)聯(lián)在4個(gè)環(huán)境中重復(fù)檢測到，16個(gè)關(guān)聯(lián)在3個(gè)環(huán)境中重復(fù)檢測到，66個(gè)關(guān)聯(lián)在兩個(gè)環(huán)境中重復(fù)檢測到。407個(gè)關(guān)聯(lián)標(biāo)記的變異解釋率(R2)較大(超過10％)，14個(gè)關(guān)聯(lián)標(biāo)記的R2超過20％。
　　 4.1.株高相關(guān)性狀的關(guān)聯(lián)分析。株高共檢測到55個(gè)顯著的關(guān)聯(lián)，其中，6個(gè)關(guān)聯(lián)在3個(gè)環(huán)境中重復(fù)檢測到，3個(gè)關(guān)聯(lián)在4個(gè)環(huán)境中重復(fù)檢測到(標(biāo)記的R2平均為10.06％、14.29％和14.

8、32％)。標(biāo)記wPt-3457在4個(gè)環(huán)境下均檢測到，R2均大于10％，且具有最大R2值(20.64％，p<0.0001)，這可能是一個(gè)重要的QTL；穗下莖共檢測到68個(gè)顯著的關(guān)聯(lián)，其中2個(gè)關(guān)聯(lián)可在3個(gè)環(huán)境中重復(fù)檢測到，1個(gè)關(guān)聯(lián)可在4個(gè)環(huán)境中重復(fù)檢測到。標(biāo)記wPt-4744的R2最大(24.26％，p<0.0001)；旗葉(長、寬及面積)共檢測到61個(gè)顯著的關(guān)聯(lián)，各位點(diǎn)的R2多小于10％。
　　 4.2.籽粒相關(guān)性狀的關(guān)聯(lián)分析。籽

9、粒相關(guān)性狀(千粒重、容重、粒徑、籽粒硬度)共檢測到76個(gè)顯著的關(guān)聯(lián)。其中，籽粒硬度的1個(gè)關(guān)聯(lián)可在3個(gè)環(huán)境中重復(fù)檢測到；標(biāo)記wPt-2526、wPt-9613和wPt-8598都同時(shí)與千粒重、粒徑關(guān)聯(lián)，R2平均為9.4％和12.44％。
　　 4.3.穗部相關(guān)性狀的關(guān)聯(lián)分析。穗部相關(guān)性狀(穗長、總小穗數(shù)、有效小穗數(shù)、不育小穗數(shù)、穗密度、穗粒數(shù)、穗粒重)共檢測到97個(gè)顯著的關(guān)聯(lián)?？傂∷霐?shù)的3個(gè)關(guān)聯(lián)可在3個(gè)環(huán)境中重復(fù)檢測到.其中穗長與

10、穗密度的4個(gè)關(guān)聯(lián)標(biāo)記一致，尤其是標(biāo)記wPt-9749、wPt-5737和wPt-9814的R2都較高，在極顯著水平下(p<0.0001)分別為15.19％和11.56％。
　　 4.4.v粉特性的關(guān)聯(lián)分析。面粉色澤(L*、a*和b*)共檢測到27個(gè)顯著的關(guān)聯(lián)。色澤a*有兩個(gè)極顯著的關(guān)聯(lián)(p<0.0001)(標(biāo)記wPt-1196和wPt-669693)可在3個(gè)環(huán)境中重復(fù)檢測到，R2分別平均為14.26％和11.43％。面粉蛋白質(zhì)含

11、量，共檢測到45個(gè)顯著的關(guān)聯(lián)，標(biāo)記wPt-7330在3個(gè)環(huán)境中重復(fù)檢測到，wPt-0864的R2最大(18.12％)。濕面筋含量和指數(shù)，共檢測到40個(gè)顯著的關(guān)聯(lián)，標(biāo)記wPt-665169同時(shí)與兩性狀關(guān)聯(lián)，在極顯著水平下對(duì)濕面筋指數(shù)的變異解釋率R2為11.89％。Zeleny沉淀值，檢測到46個(gè)顯著的關(guān)聯(lián)。wPt-6531和wPt-8393在2個(gè)環(huán)境中重復(fù)檢測到，對(duì)性狀的變異解釋率最高，平均R2為10.54％。淀粉糊化特性(RVA)的六個(gè)

12、參數(shù)(糊化溫度、峰值黏度、衰減值、回升值、最終黏度和低谷黏度)共檢測到130個(gè)顯著的關(guān)聯(lián)。糊化溫度的1個(gè)關(guān)聯(lián)(wPt-9277)在3個(gè)環(huán)境中重復(fù)檢測到。5個(gè)標(biāo)記同時(shí)與3個(gè)參數(shù)關(guān)聯(lián)，8個(gè)標(biāo)記同時(shí)與4個(gè)參數(shù)關(guān)聯(lián)。尤其是標(biāo)記wPt-9423與4個(gè)參數(shù)關(guān)聯(lián)且都在極顯著水平下R2為15.09％～23.27％。
　　 4.5.面團(tuán)流變學(xué)特性的關(guān)聯(lián)分析。面團(tuán)揉混Mixograph參數(shù)(峰值時(shí)間、峰值高度、峰值寬度、達(dá)到峰值時(shí)間總功量和8分鐘帶

13、寬)共檢測到63個(gè)顯著的關(guān)聯(lián)。標(biāo)記wPt-0610對(duì)峰值寬度的R2最高(15.86％，p<0.0001)。
　　 4.6.加工品質(zhì)的關(guān)聯(lián)分析。面條品嘗測試的七個(gè)參數(shù)(色澤、表現(xiàn)狀態(tài)、硬度、粘彈性、光滑性、食味、品嘗打分)共檢測到30個(gè)顯著的關(guān)聯(lián)。wPt-3304等3個(gè)標(biāo)記同時(shí)與3個(gè)參數(shù)關(guān)聯(lián)，R2都大于10％。面條TPA測試的七個(gè)參數(shù)(硬度、黏著性、彈性、黏聚性、膠著性、咀嚼性、回復(fù)性)共檢測到33個(gè)顯著的關(guān)聯(lián)，wPt-6854等

14、3個(gè)標(biāo)記同時(shí)與3個(gè)參數(shù)關(guān)聯(lián)，且R2為10％左右。
　　 5.定位了30個(gè)新的性狀關(guān)聯(lián)標(biāo)記。其中，與株高和穗下莖極顯著關(guān)聯(lián)的標(biāo)記wPt-9280(R2分別為13.74％和10.89％)與相同關(guān)聯(lián)的定位標(biāo)記wPt-4017(6A，20.7cM)存在完全連鎖不平衡，可視為同一位點(diǎn)。
　　 6.在與性狀關(guān)聯(lián)的標(biāo)記中，確定了103個(gè)來源于三個(gè)親本的特異標(biāo)記。其中，1A染色體上與色澤等性狀關(guān)聯(lián)的標(biāo)記位點(diǎn)wPt-2872來自親本矮豐3

15、號(hào)，與株高等關(guān)聯(lián)的標(biāo)記位點(diǎn)wPt-3698來源于孟縣201，與小穗數(shù)等關(guān)聯(lián)的標(biāo)記位點(diǎn)wPt-6005來源于牛朱特。
　　 7.綜合考慮親本特異性、選擇牽連效應(yīng)、連鎖不平衡程度、關(guān)聯(lián)顯著性及重復(fù)性和效應(yīng)大小，獲得一批重要的染色體區(qū)段和位點(diǎn)。其中，標(biāo)記wPt-730408(1A，90.1cM)、wPt-9423(2B，57.8cM)、wPt-5836(3B，71.6cM)、wPt-3457(5B，92.3cM)、wPt-7576(6