基于全基因组关联分析的小麦产量遗传结构解析

来源 :新疆农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Shimq
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鉴于产量性状复杂的遗传结构和较低的遗传力,高产始终是小麦育种最重要、最有挑战性的目标。分子标记辅助选择(Marker-assisted selection,MAS)是突破当前常规育种面临的产量瓶颈、继续提高产量潜力的关键手段。已报道小麦产量相关性状的基因(Quantitative trait loci,QTL)定位和全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS)较多,但鲜有位点和标记被用于育种选择。主要因为以往用于QTL定位和GWAS分析的标记密度较低,导致标记与QTL之间遗传距离较远;产量的遗传结构复杂也是造成选择困难的原因之一。本研究将166份黄淮麦区小麦品种进行3年2点种植,调查产量及其构成因素、粒型、穗部、抽穗期、株高和旗叶相关性状,并利用小麦90K和660K SNP(Single nucleotide polymorphism)芯片进行基因分型,构建高密度整合物理图谱,通过SNP-GWAS和Haplotype-GWAS 2种方法进行分析,以期发掘稳定位点用于MAS,并为聚合优异等位基因、探讨产量相关性状改良方向及发掘高产品种快速鉴定指标提供借鉴。主要结果如下:1.产量相关性状在品种间变异较大,除产量的遗传力(0.72)稍低外,其他性状的遗传力均较高。高产品种的穗粒数、千粒重、粒宽、穗干重和旗叶宽显著增加,株高、穗下节长和旗叶长显著降低。2.共有326,570个来源于90K和660K的SNP标记用于构建整合物理图谱,物理图谱总长度为14,064.8 Mb,标记的平均密度为0.043 Mb。166份品种被分为3个亚群,平均遗传多样性和多态信息含量分别为0.34和0.27。整个染色体组的平均连锁不平衡(Linkage disequilibrium,LD)衰减距离为8 Mb,A、B和D染色体组的LD衰减距离分别为6、4和11 Mb。基于4配子模式,将SNP标记分为31,748个区块和116,555个单倍型。3.利用SNP-GWAS和Haplotype-GWAS 2种方法,分别检测到340和354个产量性状相关位点,分布在小麦21条染色体上,其中有150个共有位点。在共有位点中,2个与粒重和株高功能基因有关,10个与我们报道的3个重组自交系(Recombinant inbred line,RIL)群体的QTL定位位点一致,95个可能为新位点。优异等位基因的分布显示该麦区品种粒重、株高和叶型等性状改良较好,效应分析表明检测到的位点可较好地解释品种间表型变异。4.共检测到17个多效性位点,分布在10条染色体上,其中,3A染色体上IWA94标记所在位点同时与产量、穗粒数、粒宽、穗干重、株高、穗下节长和旗叶长7个性状有关。产量与粒重和株高相关性状一致的位点分别有5个和6个,受这2个性状影响较大;半数以上粒重和粒型位点与其它性状位点一致,这些性状的变异可能会导致粒重的改变;20个株高和穗下节长位点与其它性状位点一致,株高对其它性状均有一定影响。5.穗下节长和旗叶长可用于高产品种的快速鉴定,旗叶宽可反映穗数和穗粒数的协调程度。检测到多个对不同性状同时起正向调控的位点,如1A(AX_110418502)、1B(AX_94564150和AX_109820171)、2A(AX_111037158)和5B(AX_108921249)染色体上的位点同时控制产量和株高,2B(AX_111634754)、3D(IWB17930)和5A(AX_110523824)染色体上的位点可同时用于高产大粒品种的选择。另外,本研究检测到的产量及相关性状位点及其紧密连锁的分子标记可用于品种优异等位基因的聚合,培育高产稳产小麦新品种。
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