小麦种质资源氮效率评价筛选及相关性状的全基因组关联分析

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bang67640
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自近代农业革命以来,为了小麦增产开始大量施用氮素化肥,结果造成肥料利用效率低和环境污染等问题。评估和筛选小麦氮高效利用种质资源,鉴定氮高效利用遗传位点,培育氮高效利用品种,是提高化肥利用率的环境友好途径。本研究以来自国内外等不同国家的325份小麦品种(系)组成的自然群体为材料,于2019至2021年连续两年分别在不施氮和正常施氮条件下种植,考察株高、旗叶长宽、千粒重等农艺性状和品质性状,评估小麦品种(系)的耐低氮特性。利用90k芯片进行全基因组关联的分析,挖掘与以上表型性状相关的SNP位点。主要研究结果如下:(1)参试材料的农艺性状和品质性状均存在显著差异,且呈正态分布,蛋白质含量、湿面筋含量等籽粒品质性状受氮胁迫明显,其均值在低氮条件下比在高氮条件下低25%左右。千粒重、穗粒数和可育小穗数等产量性状受低氮胁迫变化较明显,其均值在低氮条件下比在高氮条件下低在5%左右。株高、旗叶长宽等农艺性状变化其次,大多低4%左右;籽粒长宽性状变化最弱,变化在1.5%上下。(2)参试材料的各性状的耐低氮系数PI值相关性分析结果表示:千粒重与籽粒长、籽粒宽、可育小穗数、穗粒数呈极显著正相关,其中与粒宽相关性最大,达到了0.34,但与株高显著负相关;穗长与旗叶长、可育小穗数、穗粒数、茎粗、粒长、粒宽极显著相关,与千粒重显著相关;蛋白质含量、湿面筋含量、淀粉含量和沉降值均互极显著相关。(3)根据325份小麦品种(系)耐低氮性综合评价D值,将小麦分成四类,第4类为低氮敏感型,占总品种的10.47%,包括济宁3号、泰农7018、石4185等34个品种;第3类为低氮较敏感型,包括黄县大粒半芒、鲁麦1号、齐大195、烟农19、兰考198等102个品种,占总数的31.39%;第2类为中间型,包括碧蚂1号、山农12、新麦11、运旱2130、农大211,占总数的32%;第1类为耐低氮型,包括白高38、碧蚂4号、西农529,占22.15%。筛选出耐氮且产量高的耐低氮可选育种的品种资源14份。(4)根据325份小麦品种的基因芯片数据,将其分为四个亚群,亚群1(Sub1)、亚群2(Sub2)、亚群3(Sub3)、亚群4(Sub4)分别包含份90、46、55、121份小麦材料。利用分布于21条染色体的SNP标记进行连锁不平衡LD分析,其中以LD系数降低到最大值的一半为标准确定LD衰减距离,为1.5Mb左右。对于千粒重而言:低氮条件两年都稳定的点位,主要分布在1A、7D上,高氮两年都稳定点位,主要分布在1A、4A、7D上,高氮低氮都显著的位点主要在1A和7D上。对于千粒重耐低氮指数而言:两年均显著关联的点位主要分布在1B、2B、2D、5A上。对于旗叶长性状,两年的低氮条件下都显著关联到的位点在2B上,两年高氮条件都关联到的位点在5A上,旗叶长的耐低氮系数关联位点主要分布于:4A、6B、7A上。对于粒长性状,两年低氮条件下都能关联到的点位在4A、5B上,两年高氮和低氮条件都能关联到的点位在6B上,粒长的耐低氮系数关联点位主要在1A、4B、2B、5B上。对于株高性状,观测到的点位很多,两年低氮条件下都显著关联到的位点主要分布在2A、2B、5A、6B、6D上,两年正常氮条件下都显著关联到的位点分布在2D、4A、6B上,在正常和低氮条件下都关联到的位点分布于4B、6B、7A上,株高的耐低氮系数关联位点主要在1B、3B、7A上。(5)根据显著位点划分出的QTLs,在IWGSC网站上进行BLAST,筛选出与千粒重耐低氮性状相关的重要候选基因,候选基因功能包括调控纤维素合成酶和丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、泛素生物合成COQ9样蛋白的基因。研究结果提供了评价小麦氮效率的评价方法,挖掘和筛选出氮高效利用种质资源,相应分子标记还可开发用于标记辅助氮效率品种选种。
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