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小麦茎秆水溶性碳水化合物含量遗传解析与标记发掘

付路平  
【摘要】:小麦茎秆贮藏型水溶性碳水化合物(WSC)对产量贡献可达10%—50%,提高茎秆WSC含量(SWSCC)对高产、稳产具有重要意义。果聚糖是茎秆WSC的主要成分,其分解代谢对SWSCC有重要影响。本研究采用包含166份黄淮麦区小麦品种(系)的自然群体和包含174个家系的扬麦16/中麦895加倍单倍体(DH)群体分别进行两年两点田间试验,对花后10、20和30天SWSCC(分别命名为WSC10、WSC20和WSC30)和千粒重(TKW)进行测定。采用660K和90K SNP芯片鉴定自然群体基因型并构建高密度物理图谱,结合TASSEL软件混合线性模型(MLM)和FarmCPU软件进行全基因组关联分析(GWAS);采用660K SNP芯片鉴定DH群体基因型并构建高密度遗传图谱进行连锁分析。同时,克隆果聚糖1-外切水解酶基因(1-FEH)并开发功能标记。主要结果和结论如下:1.WSC10、WSC20和WSC30遗传力分别高达0.90、0.87和0.85,可通过分子标记辅助选择对其有效改良。WSC10、WSC20与TKW相关系数分别达0.63和0.59,可通过选择茎秆WSC10和WSC20有效提高TKW。2.GWAS鉴定到62个SWSCC关联位点,分布于除5D外的20条染色体上,覆盖36个WSC10、24个WSC20和19个WSC30位点,包含16个影响不同时期SWSCC的多效位点。其中,36个为新位点,13个为同时影响SWSCC和TKW的多效位点,另有12个与前人报道产量性状位点位置一致,这些位点为深入解析小麦SWSCC和产量性状遗传结构奠定了基础。对5个重要SWSCC和TKW多效位点开发了KASP标记,可有效用于分子育种。3.聚合多个SWSCC优异等位基因可有效提高SWSCC和TKW。过去70年,黄淮麦区品种SWSCC和TKW逐渐提高,品种所含SWSCC优异等位基因数量逐渐增多。多数SWSCC和TKW多效位点优异等位基因频率逐渐提高,部分位点仍有较大应用空间。河南、山东等省份品种具有较高SWSCC和TKW,含较多SWSCC优异等位基因。4.在DH群体中定位到5个WSC10、2个WSC20和1个WSC30位点,其中6个位点的优异等位基因来自中麦895,3个位点与GWAS定位结果一致。位于2DL的WSC10和WSC20位点、位于1BS的WSC20和WSC30位点是影响不同时期SWSCC的多效位点。位于2DL、4DS、7BL和7DS的4个SWSCC位点同时影响TKW。位于4DS、7BS和7DS的WSC10位点分别与株高基因Rht-D1、春化基因Vrn-B3和Vrn-D3紧密连锁。5.克隆出6A染色体上1-FEH基因3种新单倍型,其编码2种氨基酸序列;针对第一外显子一个错义突变开发了KASP标记1-FEH-AM1,可有效用于WSC10分子育种。对多个黄淮麦区小麦品种6B和6D染色体上1-FEH基因测序,未发现多态性。本研究对小麦SWSCC进行了全基因组高分辨率遗传解析,发掘到13个影响SWSCC和TKW的多效位点,同时探究了黄淮麦区小麦SWSCC和TKW遗传进展及其遗传学基础,开发了6个可靠的SWSCC和TKW分子标记,为进一步开展SWSCC和产量性状遗传研究和分子育种奠定了基础。


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