论文部分内容阅读
小麦是世界上主要粮食作物之一,是人体内微量元素的重要来源。锌（Zn）、铁（Fe）、铜（Cu）、锰（Mn）是人类生长发育中必不可少的微量元素,然而,微量营养元素的缺乏导致的营养不良困扰着全世界20多亿人,因此,筛选富含微量元素的种质资源,发掘控制籽粒微量元素含量的优异等位变异,明确其相关性状遗传机理,对富含微量元素功能小麦的开发与利用具有重要意义。本研究以167份自然群体和基于Avocet/Chilero构建的164份F6重组自交系（recombinant inbred lines,RILs）为材料,利用23536个高质量DAr T标记,构建了高密度遗传图谱,利用Ici Mapping软件对小麦籽粒微量元素含量进行QTL定位,开发相应的KASP标记,发掘其可能的候选基因,以期为阐述小麦籽粒微量元素的分子机理提供理论支撑。研究结果如下:（1）以167份自然群体为材料进行两年两点的分析,筛选出籽粒锌含量较高的小麦种质资源5份,分别为燕大1817、DENMARK 1、CAPA、VIKING和蚰子麦;得到籽粒铁含量较高的小麦种质资源5份,分别为东方红3号、Abbondanza、Moro、周麦18和燕大1817;筛选出籽粒铜含量较高的小麦种质资源5份,分别为CAPA、DENMARK 1、RED FIFE、京冬8号和IG 43422;筛选出籽粒锰含量较高的小麦种质资源5份,分别为IZMIR 85、TOUKO JOKIONINEN、BAULANDER SPELZ、HEREWARD和KUTZ*2//KFA/2*KACHU。获得小麦籽粒锌、铁含量均较高的品种5份,分别为燕大1817、蚰子麦、京冬8号、VIKING和CAPA。小麦籽粒对这四种微量元素的吸收积累间存在极显著正相关关系,P均小于0.01,其中,籽粒锌含量与铜含量的相关系数最大为0.676（P＜0.01）,达到极显著水平。（2）以Avocet/Chilero创制的164份F6代重组自交系为试验材料,采用三个环境的表型数据,利用23536个高质量DAr T标记进行全基因组扫描,获得3290个连锁分子标记,其中基因组全长为15281.85 c M,平均遗传距离为4.64 c M。利用构建的遗传连锁图谱对小麦籽粒微量元素含量进行QTL定位,共检测到28个QTL位点,分别位于1B、2B、3B、4A、4B、5A、5B、5D、6A、6B、6D、7A、7B和7D染色体上,表型变异解释率为0.38%-23.60%。其中,定位到两个锌元素和一个铁元素的主效QTL,暂命名为QGZn.haust-4AL、QGZn.haust-7AS.1和QGFe.haust-6BS位点,可解释10.63%-16.62%的表型变异,与其紧密连锁的分子标记分别为SNP100512195,1721210,1102565,3940544,1044528和986510;定位到两个铜元素和三个锰元素的主效QTL,暂命名为QGCu.haust-4BS、QGCu.haust-7DS、QGMn.haust-6BS、QGMn.haust-7BL和QGMn.haust-7DS位点,可解释11.48%-23.60%的表型变异,与其紧密连锁的分子标记分别为1124059,3950570,100006031,1056704,100168640,SNP2260263,SNP1143330,SNP1230343,1260330和3954697。检测到多环境下5个稳定QTL位点,分别为QGZn.haust-4AL、QGFe.haust-1BL、QGFe.haust-4AL、QGCu.haust-4AL和QGFe.haust-5DL,可解释2.58%-11.84%的表型变异,QGFe.haust-1BL紧密连锁的分子标记为2268342和SNP100598436,遗传距离分别为11.91 c M和3.57 c M;QGZn.haust-4AL、QGFe.haust-4AL和QGCu.haust-4AL紧密连锁的分子标记均为SNP100512195和1721210,遗传距离分别为0.26 c M和5.79 c M;QGFe.haust-5DL紧密连锁的分子标记为4440045和4989564,遗传距离分别为6.14 c M和8.65 c M。其中,推测QGFe.haust-4AL、QGFe.haust-1BL和QGFe.haust-5DL是控制锌、铁元素新的多效性位点。（3）通过对多效性位点QGFe.haust-5DL进行候选基因筛选,该位点包含663个高可信度基因,其中有15个与锌含量相关的候选基因。通过对多效性位点QGFe.haust-4AL候选基因筛选、功能预测和进化分析可知,该位点包含127个高可信度基因,其中有4个与锌含量相关的候选基因和3个与铁含量相关的候选基因;针对7个候选基因进行进化分析和蛋白功能预测,其中Traes CS4A02G462000.1和Traes CS4A02G463600.1与野生二粒小麦蛋白质序列高度相似;Traes CS4A02G460100.1、Traes CS4A02G464300.1和Traes CS4A02G463900.1与硬粒小麦蛋白质序列高度相似,推测控制锌、铁含量基因QGFe.haust-4AL和QGFe.haust-4AL来源于野生二粒小麦或硬粒小麦。（4）通过对多效性位点的候选基因可能功能分析,对QGFe.haust-4AL和QGFe.haust-5DL开发了KASP标记,研究结果表明,Kasp＿5D＿QGZn Fe在167份自然群体中具有多态性,研究发现携带CC（Avocet）和GG（Chilero）基因型的材料分别为41（24.6%）和110（65.9%）份。CC（Avocet）基因型的品种籽粒锌、铁元素含量的均显著高于GG（Chilero）基因型,平均相差3.57 mg/kg和3.01 mg/kg,该标记可用于分子标记辅助育种的选择。综上分析可知,筛选出的富含微量元素种质资源和定位到的8个主效QTL位点和与之开发的连锁KASP分子标记可用于微量元素功能小麦的选择,对分子标记辅助选择和生物强化分子育种奠定了理论基础。