小麦耐低磷特性的遗传解析

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:suishi2001
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小麦(Triticum aestivum L.)是重要的粮食作物,在面临世界人口增长所带来粮食问题的同时,土壤有效磷的缺乏限制着小麦产量的提高。因而解析小麦耐低磷遗传特性,是寻求满足产量需求和可持续发展的基础。本研究以H461×CM107构建的重组自交系群体(Recombinant Inbred Lines,RIL)和收集于我国10个生态农业区的707份地方小麦群体为材料,进行正常供磷(AP)和缺磷(NP)条件下的三次重复水培实验。分别在RIL群体和地方小麦群体中,鉴定了12个和15个苗期耐低磷相关性状。并利用最佳线性无偏预测(Best Linear Unbiased Prediction,BLUP)将三次重复性状进行拟合,再结合分子标记进行连锁分析或关联分析,鉴定出与目标性状显著相关的位点。并结合公共数据库进行候选基因预测,从而深入挖掘耐低磷重要基因。主要研究结果如下:1.对RIL群体进行表型分析发现:在两种供磷条件下,除了根冠比和根直径外的其余性状间均为极显著正相关;相比于正常供磷的群体各性状均值,缺磷条件下的根冠比和根直径有不同程度的升高,而其余性状表现为降低。使用4345个DArT标记对12个苗期耐低磷相关性状进行了连锁分析(LOD≥4.00),在正常供磷下的苗鲜重、鲜重根冠比和根直径上检测到9个QTL,能够解释10.60%-16.60%的表型变异;在缺磷条件下的全长、苗长、最大根长、鲜重根冠比、总根表面积、总根体积、根尖数和根分支数上检测到19个QTL,能够解释的表型变异为10.80%-17.00%。在两种供磷水平下共发现8个一因多效的QTL。2.对地方小麦群体进行表型分析发现:相关性分析和均值比较结果与RIL群体一致,除了根冠比和根直径外的其余性状间呈现极显著正相关关系,缺磷条件下的根冠比和根直径有不同程度的升高;所测性状均存在供磷水平和基因型间的极显著差异;正常供磷和缺磷条件下根尖数的多样性指数均较低,其余性状多样性指数分别分布于0.63-0.86和0.74-0.87的范围;主成分分析发现前三个主成分包可以解释82.98%表型变异。并根据主成分分析结果计算综合得分,筛选出综合得分最高和最低的小麦基因型各十份。3.使用52303个DArT标记对15个耐低磷相关性状,在两种混合线性模型(Q+K;PCA+K)下进行关联分析。在显著水平-lg(p)≥4.72下,一共检测到180个与目标性状显著关联的标记。其中正常供磷条件下,在全长、苗长、最大根长、苗鲜重、根鲜重、苗干重、根干重、鲜重根冠比、干重根冠比、总根长、总根表面积、总根体积、根尖数和根分支数上共鉴定到111个显著关联标记;缺磷条件下,在苗鲜重、根鲜重、苗干重、根干重、鲜重根冠比、干重根冠比、总根长、总根表面积、根直径、总根体积、根尖数和根分支数上共检测到69个显著关联标记。其中有23个标记与多个性状显著关联。4.利用中国春参考基因组序列信息,对两个群体中检测到的显著标记所在区间进行候选基因预测。在连锁分析中预测到13个候选基因,在关联分析中预测到36个候选基因。利用拟南芥、玉米和水稻已有基因组信息进行功能注释,连锁分析分别注释到10、12和12个基因,关联分析分别注释到21、25和28个基因。5.通过与前人研究比较分析,验证了14个位点与前人研究一致。进一步分析,在连锁分析中发现7个响应磷饥饿的重要位点,其中Qrt.sicau-7B.NP已见报道,其余位点未见报道,并且在Qrt.sicau-3D.NP附近预测到响应逆境胁迫基因TaPDR。在关联分析中,发现一个响应低磷胁迫位点(标记A32484附近),该位点与六个性状同时显著关联;发现四个控制根系发育的重要位点,标记A66452、B17945、B765和B22995所在位点分别与7个、5个、4个和4个性状显著关联,且B765和B22995标记位点能分别解释11.52%和8.66%的表型变异度,经比较发现A66452和B17945标记位点已见报道,B765和B22995标记位点未见报道;并在5A染色体上发现一个磷饥饿调控的几丁质酶家族基因POM1和TIDP3736,将作为重要候选基因开展后续功能研究。
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