小麦分子遗传连锁图谱构建及旗叶相关抗旱性状QTL定位分析

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干旱已成为制约我国干旱和半干旱地区小麦(Triticum aestivum L.)生产的重要限制因子。小麦旗叶是小麦发育后期的主要光合器官,尤其在干旱胁迫条件下,保持旗叶较高的光合效率对小麦籽粒的产量具有决定性作用,研究小麦旗叶抗旱遗传基础意义重大。分子生物学和分子数量遗传学的迅速发展,为探讨小麦旗叶复杂数量性状的抗旱遗传机制和作用方式提供了新的途径。构建小麦遗传连锁图谱,开展小麦旗叶抗旱相关复杂数量性状的QTL定位和遗传剖析,对于小麦抗旱分子遗传改良,最终实现小麦高产、稳产有重要的理论和现实意义。本研究利用抗旱性强的冬小麦品种陇鉴19与水地高产品种Q9086杂交,通过一粒传创建的F8重组近交系群体(Recombinant inbred lines,RIL)120个株系为材料,利用SSR标记构建了小麦分子遗传图谱,通过基于混合线性模型的复合区间作图法,对不同生育期和水分处理条件下(雨养和正常灌溉)小麦旗叶叶长(Flag leaf length,FLL),叶宽(Flag leaf width,FLW),叶片相对含水量(Relative water content,RWC)和离体叶片失水速率(Rate of excised-leaf water loss,RWL)4个与小麦抗旱性有关性状进行了QTL定位分析,研究结果如下:1.通过选用2187对SSR引物(Xpsp,Xgdm,Xbarc283,Xwmc和Xgwm)筛选出RIL群体双亲表现多态性的引物共405对,多态性频率为18.52%。不同类型SSR标记多态性频率从小到大依次为Xpsp(4.4%)<Xgdm(9.0%)<Xbarc(18.0%)<Xwmc(22.7%)<Xgwm(23.6%)。通过χ~2检测(p<0.05),有201个SSR标记表现为偏分离,偏分离频率为37.53%,80%偏向母本Q9086,其偏分离位点主要分布在A基因组上。共有358对SSR引物的413个标记被定位在小麦21条染色体上,群体的遗传连锁图总长度为3209.6cM,平均每条染色体连锁图长152.8cM,平均两个标记间的距离为7.8cM。2.在两种水分条件下,控制小麦旗叶大小的加性QTL(A-QTL)和上位性的QTL(AA-QTL)分别检测到25个和26对位点。其中,控制FLL的A-QTL共检测到10个,位于1B、2D、3A、4A、5A、5D和7A染色体上,对表型效应的贡献率(H~2(A))为1.05%-7.19%,与环境互作的表型变异贡献率(H~2(AE))为2.26%-10.73%;其AA-QTL共检测到12对,对表型变异的贡献率(H~2(AA))为1.20%-6.77%,11对检测到与环境互作,对互作表型变异的贡献率(H~2(AAE))为2.17%-18.67%。而控制FLW的A-QTL共检测到15个,位于1B、1D、2A、2B、3A、3B、4D、5A、5B、5D、6A、7A和7B染色体上,H~2(A)为1.84%-5.74%,H~2(AE)为2.62%-17.65%;其AA-QTL共检测到14对,H~2(AA)为0.31%-6.75%,10对检测到与环境互作,H~2(AAE)为2.13%-20.4%。3.在两种水分条件下,控制旗叶水分状况(RWC和RWL)的A-QTL和AA-QTL分别检测到5个和13对位点。其中,控制旗叶RWC的A-QTL共检测到2个,均位于5B染色体上,H~2(A)分别为9.91%和6.64%,H~2(AE)分别为24.84%和10.23%;其AA-QTL共检测到11对,H~2(AA)在1.53-7.84%,均检测到与环境互作,H~2(AAE)为3.18%-20.7%。控制RWL的A-QTL共检测到3个,分别位于2A,4D和6B染色体上,H~2(A)均为8.60%,其中,2A和4D上的QTL检测到与环境互作,H~2(AE)分别为9.27%和9.16%;其AA-QTL共检测到2对,分别位于6A和1B上,H~2(AA)分别为34.57%和34.76%,且位于1B上的QTL检测到与水分环境互作,H~2(AAE)为65.57%。本研究所构建的遗传连锁图谱信息适合小麦旗叶大小和水分状况QTL定位分析。RIL群体所研究目标性状对干旱胁迫反应敏感,属于微效多基因控制的复杂数量性状,易受环境影响。其遗传效应由加性、上位性,加性×水分环境和上位性×水分环境的显著互作效应组成。并且控制这些目标性状的QTL在不同染色体间和同一染色体内的不同区段上呈现出显著的不均匀分布,在染色体一些区段上形成了QTL热点区域。这一研究结果将对小麦抗旱分子遗传改良提供良好的理论基础。
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