小麦旗叶形态QTL的鉴定和验证

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yhmlivefor46
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绿色革命的发生使得小麦株高降低,籽粒产量飞跃式发展,但也带来新的矛盾,如冠层紧密、透气性差以及光能利用低等问题。小麦的旗叶既是构成理想株型的因素之一,也是影响小麦产量潜力的决定性性状之一。所以,通过改善小麦旗叶形态提升光合能力,对进一步提高小麦产量具有重要价值。本研究基于小麦亲本20828品系、川农16(CN16)品种以及SY95-71品系创制了两个重组自交系(Recombinant inbred line;RIL)群体(20828/CN16,2CN;20828/SY95-71,2SY),再使用小麦55K SNP芯片对两个群体进行基因型分析,并构建了两个高密度遗传图谱,最后在多个环境点中对控制旗叶的长(flag leaf length;FLL)、宽(flag leaf width;FLL)、长宽比(ratio of length/width;FLR)、面积(flag leaf area;FLA)、旗叶基角(flag leaf angle;FLANG)、旗叶开角(flag leaf open angle;FLOA)和旗叶披垂度(flag leaf bend angle;FLBA)的位点进行鉴定,并在不同遗传背景中进一步验证主效位点。主要结果如下:1、在不同环境中对旗叶相关性状进行分析,发现所有环境中,20828的旗叶在包括FLL、FLW、FLR以及FLA在内的指标显著高于CN16,但是与SY95-71的差异不显著。20828的旗叶姿态指标(包括FLANG、FLOA以及FLBA)仅在部分环境中与CN16和SY95-71分别存在显著差异。旗叶相关性状在2CN和2SY群体中的广义遗传力(H2)分别是0.54-0.64和0.54-0.69。2、在不同的种植环境下,两个群体中检测到232个控制旗叶相关性状的QTL。2CN群体中与FLL、FLW、FLR、FLA、FLANG、FLOA以及FLBA有关的QTL分别有29、23、24、22、8、7、和9个;2SY群体中中与FLL、FLW、FLR、FLA、FLANG、FLOA以及FLBA有关的QTL分别有13、10、24、27、7、14和15个。FLL、FLW、FLR、FLANG和FLBA各有一个相同的位点同时在两个群体中被检测到。3、两个群体中共有16个主效QTL,分别是QFlw.sau-SY-2B、QFll.sau-SY-5B、QFlw.sau-SY-2D、QFlang.sau-CN-4B和QFlang.sau-SY-4B,以及5个共定位位点:QFll.sau-CN-5B.3和QFlr.sau-CN-5B共定位于5B染色体上;QFll.sau-CN-2D.3、QFlw.sau-CN-2D和QFla.sau-CN-2D共定位于2D染色体上;QFloa.sau-CN-2D.1和QFlba.sau-CN-2D共定位于2D染色体上;QFll.sau-SY-2B和QFla.sau-SY-2B共定位于2B染色体上;QFloa.sau-SY-6D和QFlba.sau-SY-6D共定位于6D染色体上,解释了3.15-54.38%的表型变异。参考中国春物理图谱,与先前发现的旗叶相关的QTL相比,QFll.sau-SY-2B、QFla.sau-SY-2B、QFloa.sau-CN-2D.1、QFlba.sau-CN-2D、QFloa.sau-SY-6D和QFlba.sau-SY-6D可能是新的QTL。4、本研究分析了旗叶相关性状对产量的影响,发现,2CN中FLL、FLW以及FLA都与小穗数(spikelet number per spike;SNS)显著正相关(p<0.05);同时含有QFll.sau-CN-5B.3/QFlr.sau-CN-5B和QFll.sau-CN-2D.3/QFlw.sau-CN-2D/QFla.sau-CN-2D正效应位点的株系的SNS显著高于其它株系;含QFloa.sau-CN-2D.1/QFlba.sau-CN-2D负效应的株系的粒长(kernel length;KL)和粒宽(kernel width,KW)显著高于其它株系。在2SY中FLW分别与小穗数、粒宽、千粒重(thousand kernel weight;TKW)呈显著正相关(p<0.05),FLA与TKW呈显著正相关(p<0.05);同时含QFll.sau-SY-2B/QFla.sau-SY-2B和QFll.sau-SY-5B的株系的TKW和KW显著高于其它株系;含QFloa.sau-SY-6D/QFlba.sau-SY-6D负效应的株系的TKW、KW和KL也显著高于其它株系。这些结果表明旗叶对产量的形成具有重要影响。5、基于初定位结果,我们设计了竞争性等位基因特异性PCR(kompetitive allele specific PCR,KASP)引物,并在不同背景中成功验证了13个主效QTL(QFlw.sau-SY-2B、QFll.sau-SY-5B、QFlw.sau-SY-2D、QFlang.sau-SY-4B、QFll.sau-CN-5B.3、QFlr.sau-CN-5B、QFll.sau-CN-2D.3、QFlw.sau-CN-2D、QFla.sau-CN-2D、QFll.sau-SY-2B、QFla.sau-SY-2B、QFloa.sau-SY-6D和QFlba.sau-SY-6D)的遗传效应。6、基于定位区间,我们结合中国春、野生二粒以及节节麦的参考基因组获得一些与叶发育相关的基因,并成功克隆了其中的Traes CS2B02G457600、Traes CS2B01G458800、Traes CS6D02G240600的CDS序列,获得了一些20828和SY95-71之间的多态性位点,为后续进一步的精细定位和图位克隆奠定了基础。
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