基于55K SNP芯片分析的优质小麦的遗传多样性

为分析优质小麦品种的遗传多样性,探讨其亲缘关系,以45个优质小麦品种和5个优质高代品系为试验材料,利用55K SNP芯片对其杂合度、遗传相似度、群体遗传结构和染色体低多态性区段进行分析。结果表明,45个优质小麦品种的遗传相似度系数（GS）为0.488~0.928,平均值为0.603,其中16个品种与其他品种的GS均高于0.800;50个优质小麦品种（系）可分为2个类群7个亚群,其中类群1可分为6个亚群。除亚群Ⅴ的10个品种外,其余亚群品种的遗传聚类结果与品种系谱来源较为吻合。B基因组的多态性SNP位点最多,A基因组次之,D基因组最少。在21条染色体中,4D染色体上的多态性SNP位点最少。A基因组和D基因组染色体低多态性区段高于B基因组。在优质小麦选育过程中,A基因组和D基因组受到的选择压力高于B基因组。     

普通小麦籽粒硬度的全基因组关联分析

籽粒硬度是小麦品质评价的重要指标。为挖掘控制小麦籽粒硬度的重要基因/位点,以国内外171个小麦品种组成的自然群体为材料,在4个环境下利用小麦90K SNP芯片对籽粒硬度进行全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)。171个小麦品种籽粒硬度变异系数为56.59%～66.80%,相关系数为0.88～0.92。GWAS结果表明,共检测到20个与小麦籽粒硬度显著相关的SNPs,其中,14个SNPs(7个位点)在2个及以上环境中能被检测到,分别位于1A、1B、1D、2A、5A和7A染色体上,可解释6.76%～11.79%的表型变异。表型贡献率超过10%的SNPs有4个(3个位点),分布在1D、2A和5A染色体上,其中,1D染色体上的标记wsnp_Ku_c19622_29138795在3个环境中能被检测到,可解释9.08%～11.79%的表型变异;2A染色体上的标记Excalibur_c12675_1789在4个环境中均能被检测到,可解释9.10%～10.86%的表型变异;5A染色体上的标记wsnp_Ra_c24707_34262900和BS00041219_51在2个环境中能被检测到,可解释6.76%～10.35%的表型变异。在所有环境下均与小麦籽粒硬度显著相关的位点有4个,分别位于1A、1B、2A和7A染色体上。     

春小麦主要籽粒性状的全基因组关联分析

为挖掘控制春小麦主要籽粒性状的关联SNP及候选基因,以国外引进品种、新疆地方品种、新疆自育品种共298份春小麦品种为材料,利用小麦55K SNP芯片,对5个环境下小麦千粒重、粒长、粒宽3个主要籽粒性状进行基于Q+K混合线性模型(mixed linear model,MLM)的全基因组关联分析（genome-wide association study,GWAS）。结果表明,供试小麦品种的3个主要籽粒性状在5个环境下的变异系数为3.89%~19.77%,其中粒宽的变异幅度最小,千粒重的变异幅度最大。不同环境中,新疆育成品种的3个主要籽粒性状的平均值均最高,而新疆地方品种的3个籽粒性状的平均值均最低。GWAS结果表明,共检测到84个与小麦主要籽粒性状显著关联的稳定SNP位点,它们分布在小麦的21条染色体上,单个SNP位点可解释3.74%~11.18%的表型变异。在1B、2B、3B、4B、5A、5D染色体上检测到6个同时关联多个籽粒性状的稳定位点。对84个SNP位点进行候选基因筛选,筛选到6个可能与小麦主要籽粒性状相关的候选基因,可作为小麦籽粒研究的重要基因。     

利用基因芯片分析西南麦区主栽小麦品种川麦104的遗传构成

川麦104是西南麦区近年来选育的主栽小麦品种,为研究其高产、抗病遗传特性,利用3种小麦基因芯片(660K SNP、50K SNP和35K SNP)对川麦104及其双亲川麦42、川农16进行分析,探究川麦104的遗传构成。结果表明,在能定位于小麦不同染色体的SNP中,川麦104中与双亲相同的共有等位变异位点数目远多于其他类型位点,分别占定位位点总数的75.90%、74.21%和81.08%。川麦104中来源于双亲的SNP位点在染色体A、B和D基因组中分布不均匀;3种基因芯片扫描结果显示,在D基因组中来源于川麦42的遗传位点数均多于川农16。从21条染色体分布来看,川麦104中来源于川麦42的等位位点在7A、1B、2B、5B、1D和5D染色体上分布较多(遗传贡献率≥70%),其中在7A染色体上遗传贡献率超过90%;来源于川农16的等位位点在6A、3B和4B染色体上分布较多(遗传贡献率≥70%),其中在6A和4B染色体上遗传贡献率超过90%。功能基因分型结果表明,川麦104中绝大多数的优良等位基因均同时继承于双亲川麦42和川农16,在少部分重要性状上,川麦104还分别继承了双亲中的优良等位基因。这些优良基因正是川麦104在产量、抗性等各方面表现优良的分子基础。     

337份小麦品种籽粒相关性状的全基因组关联分析

小麦籽粒大小和形态是决定产量的主要因素之一,挖掘籽粒相关性状的关联位点,筛选相关候选基因为提高小麦产量奠定了重要基础。本研究以337份小麦品种作为研究对象,利用Q+K混合线性模型(MLM)在3个环境(E1:2020年陕西杨凌;E2:2020年陕西斗口;E3:2021年陕西杨凌)下对小麦的千粒重、粒长、粒宽以及籽粒长宽比4个性状进行了全基因组关联分析(GWAS)。在3种环境中,不同小麦品种的4个籽粒性状都表现出了广泛的表型差异,变异系数为5.31%～14.76%,其中粒长的变异幅度最小,千粒重的变异幅度最大。GWAS结果表明,49个显著SNP位点至少在2个环境中被检测到,分布在除1B、4A和7D外的染色体上,解释了3.36%～12.73%的表型变异。检测到一因多效位点31个,在5A染色体上检测到3个环境下与3个籽粒性状(千粒重、粒长、粒宽)稳定相关的位点,表型贡献率为3.51%～7.74%。对稳定关联的SNP位点上下游各200 kb的物理区间内进行候选基因挖掘,筛选到5个(TraesCS2B01G225400、TraesCS4D01G016900、TraesCS5A01G454100、T...     

基于高效SNP芯片的小麦产量相关性状全基因组关联分析

挖掘小麦产量相关性状的稳定关联位点，为相关基因克隆和分子标记辅助选择提供理论依据。本研究以248个中国北部冬麦区育成品种为材料，利用自主研发的Affymetrix BAAFS Wheat 90K SNP芯片对株高、穗长、小穗数、穗粒数、有效分蘖数、粒长、粒宽和千粒重共8个产量相关性状进行全基因组关联分析。共检测到158个与8个性状显著关联(P≤0.00001)的SNP位点，其中45个位点至少在两个环境中稳定表达，解释平均表型变异的3.60%~10.51%。在这45个位点中，有8个稳定关联位点与以往的研究结果一致；37个为新发现稳定位点，其中3个与株高稳定关联的位点，分布在7D染色体上，解释表型变异的3.60%~4.39%；9个与穗长稳定关联的位点，分别分布在1D、3A、5B和7D染色体上，解释表型变异的5.61%~8.42%；1个与穗粒数稳定关联的位点，分布在7D染色体上，解释表型变异的6.06%~7.22%；8个与有效分蘖数稳定关联的位点，分布在1B染色体上，解释表型变异的6.33%~8.73%；6个与粒长稳定关联的位点，分别分布在2A和5B染色体上，解释表型变异的5.45%~6.62%；7个与粒宽稳定关联的位点，分别分布在4B和5A染色体上，解释表型变异的6.90%~10.51%；3个与千粒重稳定关联的位点，分布在3A染色体上，解释表型变异的7.05%~7.69%；对稳定位点进行候选基因分析，筛选到45个候选基因，其中有功能注释的基因41个，其中4个位于基因内。     

转录组测序技术在鉴定小麦染色体臂置换系染色体组成上的应用

为给染色体片段置换系的快速鉴定提供新的技术手段,用3个以普通小麦品种中国春(Chinese Spring,CS)为背景的野生二粒小麦(TTD140)染色体臂置换系(chromosome arm substitution line,CASL)进行转录组测序,并结合SNP分析,获得纯合的SNP,用于鉴定CASL材料中TTD140的置换区段。结果发现,CASL3AL的SNP主要分布在染色体3A的108～750 Mb区段;CASL7BS的SNP分布于染色体7B的0～536 Mb和5A的22～482 Mb区段;CASL4AL的SNP分布比较复杂,除集中在4A的40～745 Mb、7B的0～570 Mb以及5B的410～675 Mb外,还在1A、2A、3A、7A、2B、2D、5D、6D和7D染色体上成簇分布,表明该材料除在预期的染色体4A上保留TTD140的大片段外,还在其他染色体上残留许多TTD140小片段。通过97对多态性SSR标记验证CASL3AL的染色体组成,发现84对标记能检测到TTD带型,其分布范围与转录组数据鉴定结果基本一致。对SNP富集区域的320 bp PCR产物直接测序,发现CASL3AL与CS之间存在7个SNP位点,但与TTD140以及Zavitan参考序列一致。因此,本研究利用转录组测序技术能够有效鉴定小麦染色体片段置换系材料的染色体组成,且比传统的分子标记技术准确、方便、快捷。     

小麦纹枯病抗性QTL分析

小麦纹枯病是世界性的小麦重要病害之一,培育和使用抗病品种是减轻纹枯病危害最经济和有效的手段。为了挖掘更多的小麦纹枯病抗性QTL用于小麦标记辅助育种,本研究构建了CI12633和扬麦158重组自交系群体,采用二代测序方法开发SNP分子标记,并对群体中的94个家系进行基因型分析,构建遗传连锁图;采用牙签接种和病麦粒接种的方法鉴定重组自交系群体纹枯病抗性,进而对小麦纹枯病抗性QTL进行定位。结果显示,构建的遗传连锁图包含3 355个分子标记,遗传距离为2 510.66 cM,共有31个连锁群,均能分配到相应的染色体;在5A(2)、6A、1B、2B、3B、4B、5B、6B(2)、7B、1D、2D(2)、4D和7D染色体共发现16个与小麦纹枯病抗性相关的QTL,单个QTL可解释9.0%～26.8%的表型变异;除了7B染色体的QTL来源于感病品种扬麦158,其余QTL均来自抗病品种CI12633;3B、7D和5A(Chr5A_564101963)染色体的QTL与已有报道一致,其余均为新发现的QTL。发现的QTL和紧密连锁分子标记为今后小麦抗纹枯病分子标记辅助育种以及抗纹枯病基因的克隆提供帮助。     

黑麦白粉病抗性基因向小麦渗入

本研究针对黑麦可能提供白粉病新的抗源,对最近育成的一组小麦-黑麦附加系、代换系和易位系进行了分析.同时,对以上各系与一组带有抗性基因Pm1-9和Mlk的品种/品系进行了比较.四倍体和六倍体的Thatcher小麦,对小麦白粉病高度感染,而由四倍体Thatcher和Prolific黑麦衍生而来的小黑麦系,则高度抗病.黑麦染色体1R、4R和7R不决定供试的白粉病分离物的任何抗性.2D/2R代换系的白粉病抗性高度有效,而假设来源于2R染色体的Pm7基因,则主要表现为感病反应.对带有Pm7的Transec小麦进行细胞学分析(采用Giemsa C-显带技术进行染色体鉴定)的结果表明,"Transec"易位包括一条小麦染色体4B的完整短臂和该条染色体长臂大约一半的近端区以及由黑麦染色体5R的长臂远端区衍生来的黑麦片段.结构异染色质经不同的染色后,2D/2R代换系的染色体2R显示出特定的C-带型.黑麦染色体6R决定着对所有供试白粉病分离物的绝对抗性,同时还表明,这种抗性基因就位于6R染色体的长臂上.对于此种抗性,笔者提出了临时基因符号MlP6L.此外,笔者还提出了利用6BS/6RL小麦-黑麦易位系转易这种抗性基因的途径.     

青海省小麦品种基于55K SNP 芯片的遗传多样性分析

为研究青海省小麦品种之间的遗传关系和遗传多样性,选取93个青海小麦品种,基于55K SNP芯片对其进行全基因组扫描,并进行遗传多样性分析。结果共扫描到53 063个SNP位点,选择分型成功率（call rate,CR）≥0.90、缺失率＜10%、MAF＞0.05的SNP位点,获得多态性SNP位点50 243个,多态性比率为94.68%。其中多态性位点在第2同源群中分布最多,在第4同源群中分布最少,在基因组中分布呈现B＞A＞D,特别是4D染色体上的多态性SNP分布最少。93个小麦品种的多态性信息含量(PIC)为0.00～0.59,平均值为0.33,为中度多态性位点;两两品种间的遗传距离为0.00～0.67,平均值为0.41。通过聚类分析表明,根据遗传距离可将93个小麦品种划分为8个类群。综上,青海省现有小麦品种的遗传关系较近,需要引进外来品种来丰富青海省小麦品种的遗传多样性,推动小麦品种的选育及研究工作。     

Identification of powdery mildew resistance loci in wheat by integrating genome-wide association study(GWAS) and linkage mapping

Wheat powdery mildew(Blumeria graminis f.sp.tritici, Bgt) is a disease of increasing importance globally due to the adoption of high yielding varieties and modern sustainable farming technologies.Growing resistant cultivars is a preferred approach to managing this disease, and novel powdery mildew resistance genes are urgently needed for new cultivar development.A genome-wide association study was performed on a panel of 1292 wheat landraces and historical cultivars using 5011 single nucleotide polymorphism(SNP)markers.The association panel was evaluated for reactions to three Bgt inoculants, OKS(14)-B-3-1, OKS(14)-C-2-1, and Bgt15.Linkage disequilibrum(LD) analysis indicated that genome-wide LD decayed to 0.1 at 23 Mb, and population structure analysis revealed seven subgroups in the panel.Association analysis using a mixed linear model(MLM) identified three loci for powdery mildew resistance on chromosome 2 B, designated QPm.stars-2BL1,QPm.stars-2BL2, and QPm.stars-2BL3.To evaluate the efficacy of GWAS in gene discovery,QPm.stars-2BL2 was validated using F2 and F2:3 populations derived from PI420646 × OK1059060-126135-3.Linkage analysis delimited the powdery mildew resistance gene in PI 420646 to an interval where QPm.stars-2BL2 was located, lending credence to the GWAS results.QPm.stars-2BL1 and QPm.stars-2BL3, which were associated with four SNPs located at 457.7–461.7 Mb and two SNPs located at 696.6–715.9 Mb in the Chinese Spring reference IWGSC RefSeq v1.0, respectively, are likely novel loci for powdery mildew resistance and can be used in wheat breeding to improve powdery mildew resistance.     

陕西省2015-2016年小麦区试品种（系）的抗白粉病分析

为了明确陕西省2015-2016年小麦区试品种(系)的白粉病抗性,以陕西省各地采集的白粉菌混合菌系作菌源,分别在苗期采用人工接种、成株期诱发发病的方法对228份陕西省区试品种(系)和32份已知抗白粉病基因载体品种(系)进行抗性鉴定.结果表明,Pm4a、Pm4b、Pm13、Pm17、Pm18、Pm19、Pm21、Pm24、Pm30、Pm2+6、Pm2+Mld、Pm2+6+?、Pm5+6、Pm“XBD”基因对小麦白粉病表现免疫或高抗;Pm3a、Pm3b、Pm6、Pm4+8、Pm4b+Mli、Pm4+2+?基因对小麦白粉病表现出较弱的抗性,其他基因对供试菌系没有抗病性.228份区试品种(系)中,大多数对白粉病表现为感病,仅有14份在苗期和成株期均表现抗病,33份仅在成株期表现抗病,分别占区试品种(系)总数的6.14％和14.47％.     

我国小麦微核心种质抗锈病及白粉病鉴定与分析

为给我国小麦核心种质的合理利用提供参考依据,对我国262份小麦微核心种质进行了抗秆锈、条锈和白粉病鉴定。结果表明,我国小麦微核心种质对秆锈、条锈和白粉病的抗病频率不高,在262份微核心种质材料中,抗秆锈病的材料有40份,占全部材料的15.3%;抗条锈病的材料有59份,占全部材料的22.5%;抗白粉病的材料有20份,占全部材料的7.6%;其中,选育品种和国外引进品种对秆锈病的抗性较好,而对条锈和白粉病的抗性却较差,地方品种对条锈病的抗性较好;同时,发现部分材料分别兼抗两或三种病害,这些兼抗多种病害的材料是小麦抗病育种中很好的抗源亲本,有很大的应用价值。微核心种质材料中抗白粉病材料出现的频率较低,在抗病育种中急需发掘和引进新的抗源材料。     

2009-2018年陕西省小麦区试品种(系)抗主要病害趋势分析

为了解2009-2018年陕西省区试小麦品种(系)对条锈病、白粉病和赤霉病三种主要病害的抗性变化趋势,对来自陕西省各育种单位提供的1 200份小麦品种(系)进行三种病害的成株期人工接种鉴定。结果表明,1 200份材料中,879份材料对条锈病表现抗病,303份材料对白粉病表现抗病,295份材料对赤霉病表现抗病,分别占鉴定材料总数的73.25%、25.25%和24.58%。其中,对条锈病表现免疫(近免疫)、高抗和中抗的分别有136份、223份和520份,分别占鉴定材料总数的11.33%、18.58%和43.33%;对白粉病表现免疫(近免疫)、高抗、中抗的分别有7份、111份和185份,分别占鉴定材料总数的0.58%、9.25%和15.42%;对赤霉病表现高抗、中抗的分别有107份和188份,分别占鉴定材料总数的8.92%和15.67%,没有发现对赤霉病免疫的品种(系)。供试材料除抗条锈病频率10年间保持基本平稳外,抗白粉病和赤霉病以及兼抗频率均表现先上升后下降的趋势。西农837、XC-29、西农223、9916、9925、陕943、惠麦286等20个品种(系)对1～3种病害具有较好抗性,可作为抗病品种推广或作为抗源材料。鉴定结果表明,2009-2018年陕西省区试小麦品种(系)对条锈病的抗性水平整体较高,对赤霉病与白粉病的抗性整体较差,应当加强综合抗病育种。     

小麦-近缘物种染色体系的高分子量麦谷蛋白亚基组成及白粉病抗性

为了挖掘小麦近缘物种的高分子量麦谷蛋白新亚基和抗白粉病基因新类型,以小麦品种中国春和Alcedo(来自德国)为对照,对133份小麦-近缘物种染色体系进行了高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)分析和白粉病抗性调查。HMW-GS分析发现,25份材料与对照小麦的HMW-GS类型不同,其中,含外源染色体HMW-GS的有16份;亲本部分HMW-GS发生沉默的有2份;含外源染色体HMW-GS且亲本的部分HMW-GS发生沉默的有7份。在含外源HMW-GS的材料中,73.9%的HMW-GS来自于小麦近缘物种第1同源染色体,17.4%的HMW-GS来自第2、3和5同源染色体。白粉病抗性调查显示,尾状山羊草E#1、两芒山羊草2Mbi#1、沙融山羊草4Ssh#8、高大山羊草6Sl#3和簇毛麦5V#3S染色体上可能含有抗小麦白粉病新基因,值得进一步向小麦转育。本研究发现的新HMW-GS和潜在抗小麦白粉病新基因为利用这些资源进行小麦抗病育种与品质改良打下了坚实的基础。     

四川小麦品种的遗传多样性及其对条锈病和白粉病的抗性

小麦条锈病和白粉病是四川小麦生产中的两大主要病害。为系统掌握四川小麦品种的遗传差异性及抗病性水平,以大田样品和近10年审定品种为试验材料,利用SSR分子标记对其进行遗传多样性分析,并对其成株期条锈病和白粉病抗性进行了鉴定。结果显示,115份大田样品和33个审定品种构成的总群体共扩增出38条多态性带,遗传相似系数变化范围为0.62~1。大田样品的观察等位基因数、有效等位基因数、基因多样性指数、信息指数、多态性位点数和多态位点百分率分别为1.868 4、1.422 8、0.253 0、0.386 7、33和86.8%,各项参数值均高于审定品种。聚类结果显示,多数审定品种与大田样品同源且出现于多个采样地点。抗性监测结果表明,四川省生产上大面积种植的小麦品种抗条锈性丧失明显,对白粉病的抗性丧失不明显。     

我国主要麦区101个小麦生产和区试品种（系）及高代品系抗白粉基因推导

为了明确我国小麦品种（系）中抗白粉基因的组成,利用基因推导法对来自我国主要麦区的101个小麦品种（系）进行了抗白粉病基因推导。结果表明,近一半的供试生产品种对所有供试菌株表现感病;供试的大多数区试品种具有有效地抗白粉基因,应加快这些抗病品种的大面积推广;近1/3的高代品系含有有效地抗白粉基因。供试小麦生产品种和区试品种（系）及高代品系中具有已知的抗白粉基因主要有Pm4b、Pm8、Pm2 Mld、Pm4a、Pm2、Pm2 6、Pm30等。此结果对于我国小麦白粉病的抗病育种和品种布局有重要的参考价值。     

153份四川小麦主推品种和后备品系抗病基因的分子检测

为了解四川现有主栽小麦品种的抗病现状,发现并推广多抗性小麦品种,选用四川省153份小麦主要推广品种和后备品系,采用条锈菌接种诱发鉴定的方法于2018—2019和2019—2020年度进行条锈病成株期抗性鉴定与分析,同时利用已知抗病基因Yr5、Yr9、Yr10、Yr15、Yr18、Yr26、Pm21和Fhb1的分子标记分别对其进行抗条锈病、赤霉病和白粉病基因检测。结果显示,在153份供试小麦材料的条锈病成株期抗性鉴定中,两年度均表现为抗病的材料有122份,占供试材料的79.7%。分子标记检测结果表明,可能携带抗条锈病基因Yr5、Yr9、Yr10、Yr15、Yr18和Yr26的小麦材料分别有12、25、77、12、4和90份,分别占供试材料的7.8%、16.3%、50.3%、7.8%、2.6%和58.8%;可能携带抗白粉病基因Pm21的小麦材料有40份,占供试材料的26.1%;可能携带抗赤霉病基因Fhb1的小麦材料有12份,占供试材料的7.8%;有15份抗病材料未检测到本研究所测基因。     

152个黄淮地区小麦主要品种(系)的多抗性鉴定

为给小麦抗病抗虫育种提供依据,于2004～2006年在山东济南对152份来自黄淮地区的小麦主栽品种(系)进行了抗小麦条锈病、叶锈病、白粉病及蚜虫鉴定.结果表明,在供试品种(系)中表现高抗条锈病的品种(系)占46.71%,中抗品种占25.66%;高抗叶锈病的品种占23.68%,中抗品种占24.34%;高抗白粉病的品种占28.29%,中抗品种占55.92%;高抗蚜虫的品种(系)占5.26%,中抗品种占13.16%.综合来看,对小麦条锈病、叶锈病和白粉病表现中抗以上的品种(系)47个,占30.92%;兼抗(中抗以上)小麦条锈病、叶锈病、白粉病和麦蚜的有5个品种(系),占3.29%.