小麥（Triticum aestivum L.）作為一種重要的糧食作物，為全世界人口提供了約20%的能量攝入和重要的蛋白質(zhì)來源。我國是小麥生產(chǎn)和消費(fèi)大國，培育高產(chǎn)小麥品種、不斷提高小麥產(chǎn)量是保障我國糧食安全的重要措施之一。穗長和穗密度作為重要的穗相關(guān)性狀，與產(chǎn)量密切相關(guān)。因此，鑒定、驗(yàn)證和克隆穗長和穗密度相關(guān)的數(shù)量性狀位點(diǎn)（QTL）或基因?qū)馕鏊鼈兊倪z傳機(jī)制和培育高產(chǎn)小麥具有重要意義。
為了解析小麥穗長和穗密度的遺傳機(jī)制，中國科學(xué)院成都生物研究所副研究員龍海團(tuán)隊(duì)利用川麥42×科成麥1號(hào)的DH群體（CK1）和川麥42×川農(nóng)16的RIL群體（CC）在多個(gè)環(huán)境中進(jìn)行QTL定位。其中，川麥42是由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員楊武云利用人工合成小麥的培育優(yōu)良小麥品種，具有產(chǎn)量高、抗條銹病能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。相比于川麥42，科成麥1號(hào)和川農(nóng)16穗長較短、穗密度較高。基于3年2點(diǎn)5個(gè)環(huán)境的表型數(shù)據(jù)，共鑒定到34個(gè)穗長和穗密度的QTL，其中，6個(gè)主效QTL在超過4個(gè)環(huán)境中被穩(wěn)定檢測到，解釋了7.13-33.6%的表型變異。這些主效QTL位于染色體5A和6A上的兩個(gè)基因組區(qū)域，分別被命名為QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A。兩個(gè)主效QTL對穗長和穗密度的影響存在顯著的加性效應(yīng)。此外，通過開發(fā)與之緊密連鎖的KASP分子標(biāo)記，在不同的遺傳背景中進(jìn)一步驗(yàn)證了QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A。比較分析結(jié)果表明，QSc/Sl.cib-5A不是春化基因Vrn-A1和基因Q；QSc/Sl.cib-6A可能是新的穗長和穗密度位點(diǎn)。效應(yīng)分析結(jié)果顯示，QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A對其他產(chǎn)量相關(guān)性狀（包括株高、千粒重和粒長）均具有顯著影響。此外，基于基因表達(dá)模式、基因注釋、直系同源分析和序列差異分析，TraesCS5A01G301400和TraesCS6A01G090300被認(rèn)為是QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A可能的候選基因。該研究鑒定到的主效QTL和開發(fā)的KASP分子標(biāo)記為后續(xù)穗長和穗密度相關(guān)基因的精細(xì)定位和克隆奠定了理論基礎(chǔ)，也有助于小麥的分子標(biāo)記輔助育種。
相關(guān)研究成果以Identification and validation of two major QTLs for spike compactness and length in bread wheat （Triticum aestivum L.） showing pleiotropic effects on yield-related traits為題，發(fā)表在Theoretical and Applied Genetics上。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、四川省農(nóng)作物分子育種平臺(tái)項(xiàng)目、四川省科技廳重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和四川省麥類作物育種攻關(guān)項(xiàng)目的資助。
論文鏈接
圖1.川麥42、科成麥1號(hào)和川農(nóng)16的株型和穗型
圖2.CK1和CC群體中穗長和穗密度在多環(huán)境的頻率分布
圖3.QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A在定位群體中的遺傳效應(yīng)
圖4.QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A在CK1群體中對穗長和穗密度的疊加效應(yīng)
圖5.QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A對產(chǎn)量相關(guān)性狀的影響
圖6.不同遺傳背景驗(yàn)證QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A
圖7.QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A與前人研究結(jié)果的比較
日期：2021-08-09
為了解析小麥穗長和穗密度的遺傳機(jī)制，中國科學(xué)院成都生物研究所副研究員龍海團(tuán)隊(duì)利用川麥42×科成麥1號(hào)的DH群體（CK1）和川麥42×川農(nóng)16的RIL群體（CC）在多個(gè)環(huán)境中進(jìn)行QTL定位。其中，川麥42是由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員楊武云利用人工合成小麥的培育優(yōu)良小麥品種，具有產(chǎn)量高、抗條銹病能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。相比于川麥42，科成麥1號(hào)和川農(nóng)16穗長較短、穗密度較高。基于3年2點(diǎn)5個(gè)環(huán)境的表型數(shù)據(jù)，共鑒定到34個(gè)穗長和穗密度的QTL，其中，6個(gè)主效QTL在超過4個(gè)環(huán)境中被穩(wěn)定檢測到，解釋了7.13-33.6%的表型變異。這些主效QTL位于染色體5A和6A上的兩個(gè)基因組區(qū)域，分別被命名為QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A。兩個(gè)主效QTL對穗長和穗密度的影響存在顯著的加性效應(yīng)。此外，通過開發(fā)與之緊密連鎖的KASP分子標(biāo)記，在不同的遺傳背景中進(jìn)一步驗(yàn)證了QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A。比較分析結(jié)果表明，QSc/Sl.cib-5A不是春化基因Vrn-A1和基因Q；QSc/Sl.cib-6A可能是新的穗長和穗密度位點(diǎn)。效應(yīng)分析結(jié)果顯示，QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A對其他產(chǎn)量相關(guān)性狀（包括株高、千粒重和粒長）均具有顯著影響。此外，基于基因表達(dá)模式、基因注釋、直系同源分析和序列差異分析，TraesCS5A01G301400和TraesCS6A01G090300被認(rèn)為是QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A可能的候選基因。該研究鑒定到的主效QTL和開發(fā)的KASP分子標(biāo)記為后續(xù)穗長和穗密度相關(guān)基因的精細(xì)定位和克隆奠定了理論基礎(chǔ)，也有助于小麥的分子標(biāo)記輔助育種。
相關(guān)研究成果以Identification and validation of two major QTLs for spike compactness and length in bread wheat （Triticum aestivum L.） showing pleiotropic effects on yield-related traits為題，發(fā)表在Theoretical and Applied Genetics上。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、四川省農(nóng)作物分子育種平臺(tái)項(xiàng)目、四川省科技廳重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和四川省麥類作物育種攻關(guān)項(xiàng)目的資助。
論文鏈接
圖1.川麥42、科成麥1號(hào)和川農(nóng)16的株型和穗型
圖2.CK1和CC群體中穗長和穗密度在多環(huán)境的頻率分布
圖3.QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A在定位群體中的遺傳效應(yīng)
圖4.QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A在CK1群體中對穗長和穗密度的疊加效應(yīng)
圖5.QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A對產(chǎn)量相關(guān)性狀的影響
圖6.不同遺傳背景驗(yàn)證QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A
圖7.QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A與前人研究結(jié)果的比較
日期：2021-08-09
