干旱胁迫下人工合成六倍体小麦根系性状QTL分析

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小麦(Triticum aestivum L.)是最重要的粮食作物之一。从古至今,干旱一直影响我国乃至世界农业发展。人工合成六倍体小麦(SHW)拥有大量响应干旱胁迫的基因,合理利用这些基因将有助于培育小麦耐旱品种。本研究通过SHW-L1×川麦32 F9重组自交系群体(SW群体),利用PEG-6000模拟干旱胁迫的水培法,考察供试小麦苗期耐旱相关根系性状。运用SPSS进行Pearson相关性分析和主成份分析,利用隶属函数值法对亲本和SW群体材料耐旱能力进行综合评价,筛选出极端材料。利用已构建的高密度整合遗传图谱,基于正常条件(NC)以及PEG模拟干旱胁迫条件(DC),在4个环境重复下的10个苗期根系表型数据进行QTL定位分析,并在公共数据库中比对推测候选基因。主要研究结果如下:1、通过对10个苗期根系性状进行Pearson相关性分析,在NC和DC中,达到显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)相关的性状有68对。在所有的10个根系性状中有8个具显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的正相关关系。2、对10个苗期根系性状进行主成份分析,在NC中,有3个主成份的特征值>1,特征向量累计贡献率达88.79%。在DC中,有3个主成份的特征值>1,相应的特征向量累计贡献率达86.58%。3、利用隶属函数值法,求出SW群体的综合耐旱能力系数,并依据D值判断耐旱能力大小。综合耐旱能力系数大于等于0.5的耐旱株系有26份;综合耐旱能力系数小于0.3的不耐旱株系有15份。本试验鉴定SHW-L1耐旱能力系数为0.88,川麦32耐旱能力系数为0.49;并筛选出D值最高的前十名和后十名株系,最高值0.79,最低值0.16。4、在NC和DC中,一共定位到19个QTL,其中有12个QTL能在3-4个环境重复中被检测到。在NC中,定位到2个平均根系直径和根鲜重的新QTL,分别为QRD.sicau-2B和QRFW.sicau-5D,可分别解释15.7%和9%的表型变异;在DC中,根据根鲜重,总根表面积,分支数,根尖数和根失水率,一共定位到6个新QTL,分别为QDCRFW.sicau-2B、QDCTSAR.sicau-2B、QDCRF.sicau-2D、QDCRT.sicau-3D、QDCRWL.sicau-5A和QDCRFW.sicau-7D,可分别解释8.5-14%的表型变异。在8个新QTL中,有7个QTL能在3-4个环境重复中被检测到。5、基于8个新QTL,我们在其峰值标记的上下游10,000bp检测到4个候选基因,通过基因功能注释,在QDCRT.sicau-3D和QDCRF.sicau-2D的峰值标记附近,发现3个可能参与小麦根系生长发育、响应干旱胁迫的候选基因,分别为Traes CS3D02G069000,Traes CS3D02G069100和Traes CS2D02G447800。
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