基于SNP标记小麦自然群体遗传多样性及复合图谱的构建

本研究利用Illumina i Select 90K(81 587个SNP)基因芯片对中国冬麦区205份小麦育成品种(系)构成的自然群体进行基因分型,分析中国冬麦区小麦的遗传多样性并整合群体的复合遗传图谱。用于检测的81 587个SNP标记位点中,利用32 432个具有品种间多态性的位点进行群体遗传多样性分析,检测到64 864个等位变异,每个位点平均2个等位变异,SNP位点的多态性信息含量(PIC)变化范围为0.05~0.38,平均为0.26;聚类分析将205份小麦材料按亲缘关系划分为4个类群。复合遗传图谱包含24 355个SNP标记位点,覆盖小麦全基因组3 674.16 c M,单个染色体长度为118.91~241.38 c M,标记间平均遗传距离为0.15 c M;小麦的3个染色体组中,B基因组中包含的SNP标记最多(12 321,50.60%),其次是A基因组(9 523,39.10%),D基因组含标记最少(2 511,10.31%)。研究结果为利用该群体进行标记/性状间的关联分析提供遗传信息,并为小麦杂交亲本的选择和新品种培育提供参考。     

普通小麦主要农艺性状的全基因组关联分析

为解析小麦复杂农艺性状的遗传机制,本研究以150份小麦品种(系)为自然群体,在4个环境条件下测定了9个主要农艺性状,利用小麦35K SNP芯片,结合5种关联模型(Q、PCA、K、PCA+K、Q+K),进行全基因组关联分析。结果表明,全基因组多态性信息量PIC的范围为0.0950～0.5000,最小等位基因频率MAF值为0.0500～0.5000;群体结构分析和PCA分析均表明参试材料可分为两个亚群;连锁不平衡分析发现A基因组、B基因组、D基因组和全基因组的LD衰减距离分别为4.7、8、11和6 Mb。9个性状共检测到652个显著的关联位点(P≤0.001),其中21个SNP在2个或2个以上的环境中被重复检测到,分布在1A(1)、1B(4)、2A(3)、2D(2)、3A(1)、5A(1)、5B(5)、6A(1)、6B(2)和7D(3)染色体上; 1个SNP标记的物理位置未知, 3个SNP标记同时与2个性状显著关联;单个SNP的表型贡献率为7.67%～18.79%。8个优势等位变异在供试群体中所占比例较低,筛选出14个可能与小麦农艺性状相关的候选基因,其中TraesCS5B02G237200、TraesCS7D02G129700和TraesCS1B02G426300可能在植物抵御生物与非生物胁迫中起作用,TraesCS5B02G010800和TraesCS7D02G436800可能与植物激素的合成和响应有关,TraesCS2A02G092200可能与植物细胞壁的增强有关, TraesCS5A02G438800可能参与叶绿体发育,另外7个候选基因的功能未知。     

新疆冬小麦地方品种与育成品种基于SNP芯片的遗传多样性分析

新疆是我国西北重要的小麦优势产区和消费区。解析新疆冬小麦地方品种与育成品种之间的遗传多样性和亲缘关系,对新疆冬小麦育种中杂交组合的合理选配以及后代选择具有重要的指导意义。本研究利用小麦55K SNP(single nucleotide polymorphism)芯片对134份新疆冬小麦地方品种及54份育成品种进行全基因组扫描,估算其品种间的遗传距离,揭示其遗传多样性。结果表明,所有SNP位点的多态性比率达到95.62%(50,743/53,063)。每条染色体分布1068～2616个多态性位点,多态性标记在基因组间分布呈现ABD。188个品种间的两两遗传距离在0.002～0.723之间,平均为0.378。其中134个地方品种两两之间的遗传距离在0.002～0.400之间,平均为0.070; 54个育成品种两两之间的遗传距离在0.004～0.337之间,平均为0.114; 134个地方品种与54个育成品种之间的遗传距离在0.605～0.723之间,平均为0.699。聚类结果显示可将所有材料分为10个不同类群。综合SNP和系谱分析,育成品种与地方品种之间的遗传差异最大,其次是育成品种之间,而地方品种之间遗传差异最小。鉴于育成与地方品种之间较大的遗传差异,新疆冬小麦品种可以利用地方种来丰富其育种的种质基础,拓宽遗传背景,进而提高当地小麦育种水平。本研究为新疆冬小麦品种选育和改良提供了重要的理论指导。     

调控小麦重要农艺性状基因的染色体定位

为了研究调控小麦重要农艺性状基因的染色体分布,进一步解析控制小麦重要农艺性状基因的遗传基础,本研究以一套"中国春-人工合成小麦"染色体代换系为材料,在大田条件下,对不同株系小麦的株高、穗长和穗数等重要农艺性状进行调查。通过同一性状不同株系间的差异显著性分析,对调控株高、穗长和穗数的基因进行了染色体定位。研究结果表明:1 B、2 B、3 A、4 A、6 A、6 D和7 D染色体上可能携带有调控小麦株高的位点;1 B、1 D、2 B、2 D、5 A、6 A、6 D和7 D染色体上可能携带有调控小麦穗长的基因位点;3 A和6 D染色体上可能携带有调控小麦成穗数的位点。本研究有利于进一步理解调控小麦农艺性状的遗传基础,并对小麦分子育种实践具有一定的指导意义。     

人工六倍体小麦后代衍生群体遗传多样性研究(英文)

通过四倍体二粒小麦和节节麦杂交而获得的人工合成六倍体小麦,含有丰富的普通小麦品种改良有益基因,作为拓宽普通栽培小麦性状和新品种改良的新的种质资源已广泛应用于普通小麦的遗传改良实践中.利用分布于小麦A、B、D基因组21条染色体、28个不同染色体臂上的37对微卫星引物,对人工合成六倍体小麦与四川成都平原普通栽培小麦主栽品种杂交、回交经多代选择而形成的117份人工合成六倍体小麦衍生后代高代群体系(其中川麦38、川麦42、川麦43和川麦47为审定品种)进行了DNA分子水平上的分析,共检测到256个等位基因变异,平均每个SSR标记位点检测到6.92个等位变异基因.每个SSR位点等位基因变异数在1～14个,变异幅度较大,表明SSR分子标记在人工合成六倍体小麦中表现出高水平的遗传变异.A,B,D基因组中,D基因组表现出的多态性信息含量最低,为0.427 6,B基因组次之,为0.534 6,A基因组最高,达到 0.614 5(A>B>D).辛普森指数比较的结果也反映出相同的变化趋势,A基因组最高,为1.187 4,B基因组次之,为1.081,D基因组最小,为0.804 6(A>B>D).综合多态性信息含量和辛普森指数的估值,表明这一批人工合成六倍体小麦后代衍生高代群体接受的遗传基因既来自人工合成六倍体小麦,又来自普通栽培小麦,显示杂合度类型丰富,具有较高的遗传差异.根据获得的等位基因变异片断的分布情况进行UPGMA聚类,发现A,B,D基因组基因型间的遗传相似系数较低, A,B,D三基因组37个SSR标记位点所得平均遗传相似系数为0.472 1,A基因组平均遗传相似系数为0.379 7,B基因组平均遗传相似系数为0.462 7,D基因组上平均遗传相似系数为0.581 5,反映出人工合成六倍体小麦后代衍生群体材料的遗传多样性处于较高水平.本研究结果证明利用人工合成六倍体小麦所具有的普通小麦野生近缘种中的基因库改良现代小麦,丰富其遗传基础,减少其生物和非生物胁迫的脆弱性,是一条行之有效的途径.     

人工合成六倍体小麦后代衍生群体遗传多样性检测

通过四倍体二粒小麦和节节麦杂交而获得的人工合成六倍体小麦,含有丰富的普通小麦品种改良有益基因,作为拓宽普通栽培小麦性状和新品种改良的新的种质资源已广泛应用于普通小麦的遗传改良实践中.利用分布于小麦A、B、D基因组21条染色体、28个不同染色体臂上的37对微卫星引物,对人工合成六倍体小麦与四川成都平原普通栽培小麦主栽品种杂交、回交经多代选择而形成的117份人工合成六倍体小麦衍生后代高代群体系(其中川麦38、川麦42、川麦43和川麦47为审定品种)进行了DNA分子水平上的分析,共检测到256个等位变异,平均每个SSR标记位点检测到6.92个等位变异,变幅在1到14之间.A、B、D基因组中,D基因组表现出的多态性信息含量最低,为0.4276,B基因组次之,为0.5346,A基因组最高,达到0.6145(A＞B＞D).辛普森指数比较的结果也反映出相同的变化趋势,A基因组最高,为1.1874,B基因组次之,为1.0810,D基因组最小,为0.8046(A＞B＞D).综合多态性信息含量和辛普森指数的估值,表明这一批人工合成六倍体小麦衍生后代群体接受的遗传基因既来自人工合成六倍体小麦,又来自普通栽培小麦,显示杂合度类型丰富,具有较高的遗传差异.根据SSR位点获得的等位基因变异片断的分布情况进行UPGMA聚类,发现A、B、D基因组基凶型间的遗传相似系数较低,A、B、D三个基因组所得平均遗传相似系数为0.4721,其中A基因组平均遗传相似系数为0.3797,B基因组平均遗传相似系数为0.4627,D基因组上平均遗传相似系数为0.5815,反映人工合成六倍体小麦后代衍生材料的遗传多样性处于较高水平.研究结果证明利用人工合成六倍体小麦所具有的普通小麦野生近缘种中的基因库改良现代小麦,丰富其遗传基础,减少其生物和非生物胁迫的脆弱性,是一条行之有效的途径.     

宁麦9号对其衍生品种的遗传贡献

宁麦9号是江苏省农业科学院选育的优质弱筋专用小麦品种,具有高产、稳产和广泛的适应性及抗小麦黄花叶病、赤霉病等特点,近年来已成为江苏淮南麦区小麦育种的重要亲本。为了解宁麦9号对新育成小麦品种的遗传贡献,利用170对SSR引物,对宁麦9号及其9个衍生品种进行全基因组扫描分析。共检测到471个等位变异位点,每对引物可检测1~6个,平均2.8个。UPGMA聚类分析表明,扬麦18与宁麦9号遗传距离最小,扬辐麦4与宁麦9号遗传距离最大。遗传相似系数表明,在人工选择的作用下,这些以宁麦9号为亲本育成品种的遗传背景一半以上来自宁麦9号。宁麦9号等位变异在其衍生材料中的分布比例因品种而异,且不同染色体间差异较大,但相同位点的等位变异比例在A、B、D染色体组间相近。全基因组SSR扫描分析发现,10个标记位点在宁麦9号和由其选育的9个新品种具有完全相同的扩增带型,其中9个位点与重要农艺性状相关,或与控制优良性状的基因紧密连锁。将宁麦9号与主要弱筋小麦生产品种宁麦13（宁麦9号系选）进行基因组比较,两者遗传相似系数达0.732,说明宁麦13与宁麦9号遗传背景高度相似,而且两品种在蛋白质含量和抗赤霉病位点相关标记位点高度一致,这一结果可以部分解释宁麦13同样具有的抗赤霉病与优质弱筋的优点。     

基于55K SNP芯片揭示小麦育种亲本遗传多样性

为了解不同省份小麦亲本材料间的遗传多样性,以150份分布于安徽、江苏、河南、四川及山东等省份小麦种质资源为试验材料,利用小麦55K SNP芯片对其进行遗传多样性分析、聚类分析、主成分分析及群体结构分析。结果表明,在150份小麦材料中共检测到52,537个SNP位点,质控后共获得39,422个有效标记,其中多态性标记为38,135个,占有效标记数96.74%。多态性标记在亚基因组间分布呈现D (10,450)四川省>山东省>江苏省>安徽省;聚类分析、主成分分析和群体结构分析结果高度一致,分群结果与血缘关系、区域来源及育成单位均较为吻合。本研究表明各省份平均多态性信息含量处于中度多态水平,但材料平均遗传距离较为接近,仍需引入优质种质资源,缓解材料同质化情况,增加小麦应对逆境胁迫能力,减轻小麦实际生产中的脆弱性及风险性。     

应用SSR分子标记分析小麦品种(系)的遗传重组

为了解小麦品种形成中亲本基因组的遗传重组和遗传保留区段的分布特点,对周麦18和百农AK58及其衍生品系共23个材料进行了全基因组SSR扫描分析。遗传重组分析表明,单交组合的平均重组数(12.3)低于回交组合(13.9);染色体4A、5A、7A、1B、3B、4B、7B、1D、2D、3D、5D、6D和7D重组发生较多,其余染色体重组相对较少,染色体的中间区段与远端区段重组数相当,分别为6.1和6.0。子代间基因组比较发现,一些染色体区段成为重组的多发区,如5D的gwm358–wmc357、6D的cfd49–barc196、7A的wmc158–barc23和7B的gwm274–gwm146区段,分别有35、19、15和14次重组。分析亲本传递给子代的染色体区段,发现子代继承亲本的遗传区段在14~29个,每个区段涉及2~8个多态性位点,大的遗传区段主要分布于4A、5A、5B、5D和7D染色体。以上基因组区域的关联性状是进一步研究的重点。     

小麦品种周麦16的遗传构成分析

为解析小麦骨干品种周麦16的分子遗传学基础,本研究利用覆盖小麦全基因组的90 K SNP标记对小麦周麦16及其亲本进行全基因组扫描。结果表明,2个亲本对周麦16的遗传贡献差异较大,周8425 B对周麦16的遗传贡献率为64.32%,远高于周麦9号对周麦16的遗传贡献率(35.68%);在不同基因组水平上,周8425 B对周麦16的遗传贡献均高于周麦9号的遗传贡献率;在不同染色体上,2个亲本对周麦16的遗传贡献各有侧重,周麦9号在2 A、2 D、6 A、6 B染色体上对周麦16的遗传贡献率均达到60%以上,而在1 B、3 D、5 A、5 D和6 D染色体上周8425 B对亲本的遗传贡献率达到80%以上。本研究明确了周麦16的分子遗传构成,为周麦16利用提供参考依据。     

基于SNP标记揭示我国小麦品种(系)的遗传多样性

为了解我国主要小麦品种(系)的遗传多样性,为亲本组配提供参考,利用90KSNP芯片技术对国内为主的240个小麦品种(系)进行全基因组扫描,分析其遗传多样性和遗传基础。结果表明,多态性SNP位点在B基因组最多, D基因组最最少,尤其4D上最少;在全基因组范围内PIC平均值为0.26。参试品种间平均遗传相似系数为0.656,变幅为0.133～0.998,且87.05%品种间遗传相似系数在0.60～0.78之间;国内西南麦区和长江中下游麦区小麦品种(系)间的平均相似系数较高,分别为0.718和0.712,国外品种(系)间的相似系数最低,为0.552。聚类分析将参试品种(系)划分为7个类群,大部分类群含有来自不同区域育成品种(系),主成分分析显示各区域育成的品种(系)相互交集,表明我国各省市间种质资源交流较为频繁,但部分单位育成的品种(系)遗传基础不够丰富,部分品种(系)间遗传相似性较高,在育种中亟待引入新的种质,拓宽遗传基础。     

冬小麦低温处理叶片细胞膜透性的QTL定位

为探索冬小麦抗寒性的分子机制,以168个花培3号×豫麦57的双单倍体株系为作图群体,利用已构建含有324个SSR标记的遗传图谱,对电导法测定低温(−18℃)处理后的叶片膜透性进行QTL定位。利用完全区间作图法,在3种环境下共检测到21个与叶片膜透性相关的加性QTLs,分布于1B、2A、3A、3B、5B、6A、6B、6D、7B和7D染色体上,其中4个位点(qCMP-1B-1、qCMP-3B-2、qCMP-5B-1和qCMP-5B-4)遗传贡献率大于10%,属主效基因,其余QTL的遗传贡献率较小,属微效基因。3种环境条件下在5B染色体的Xgwm213–Xswes861.2区间检测到共同位点,与Xswes861.2的遗传距离为0 cM,其中qCMP-5B-1 (环境1)和qCMP-5B-4 (环境3)的贡献率高达17.5%和14.0%。研究结果对于小麦抗寒标记选择和抗寒育种具有应用价值。     

Genetic diversity within Australian wheat breeding programs based on molecular and pedigree data

124 wheat cultivars and breeding lines were screened with 19 microsatellite (SSR) loci generating 160 scorable bands which were used to construct a genetic distance (GD) matrix. A distance matrix based on coefficient of parentage (COP) scores was also generated for the cultivars for which good pedigree records were available. The SSR and COP data for 101 of the wheat cultivars were compared with genetic distance scores obtained using1898 scorable restriction fragment length polymorphism (RFLP) bands previously generated. Phylograms were generated based on the SSR, RFLP,combined SSR and RFLP and COP data. The standardised Mantel's Z test showed that the distance matrices generated from all of the data sets were significantly correlated. Bootstrap analysis showed that, although the SSR and RFLP data were correlated, a large number of SSR loci are required for determining robust genetic relationships between large numbers of cultivars. In addition, accurate pedigree records are needed to determine genetic relatedness using COP. The molecular data were also used to determine the level of genetic variability within breeding programs and to assess the impact of the introduction of semidwarf and other germplasm. The results showed that the level of genetic diversity in Australian wheat cultivars has increased over time and that in particular, the introduction of semidwarf germplasm resulted in an increase in the overall diversity. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

1950年以来山东省主推小麦品种的遗传多样性演变

利用24对SSR引物对62个山东省1950年以来大面积推广小麦品种遗传多样性的演变情况进行了分析。结果表明24对引物均有较好的多态性,共扩增到100个等位变异片段(等位基因),平均每个标记获得4.167个等位基因,多态性信息量(PIC)值平均为0.527,变幅0.200～0.723,基因多样性指数变幅0.225～0.761,平均0.582。三个基因组的位点多态性存在明显差异,平均等位变异丰富度D>B>A,基因多样性指数和多态性信息指数B、D基因组接近,并明显高于A基因组。山东省小麦品种平均遗传丰富度、遗传多样性指数和平均遗传距离均以50年代较高(分别为3.042,0.531和0.596),然后缓慢下降,1980年代回升到顶峰(分别为3.250,0.560和0.616),然后迅速下降。62个品种遗传相似系数变幅为0.580～0.940,平均为0.723。按非加权类平均法(UPGMA)、在遗传相似系数0.719处将不同品种聚类成7类,基本与山东省不同时期育种骨干亲本及其衍生品种一致,说明山东省近60年来小麦育种与全国一样,围绕骨干亲本展开。由于特有种质资源的创造和应用,山东省小麦品种遗传多样性高于全国和其他麦区,尤其是1980年代,但之后迅速下降,必须引起足够重视。     

黄淮海地区主要冬小麦品种的EST-SSR遗传多样性分析

本研究利用21对小麦EST-SSR引物对23份黄淮海地区新育成冬小麦品种及其亲本(近似品种)的遗传多样性进行了分析比较。在23份新育成品种中共检测到61个位点,每个位点的等位基因个数在2～8之间,平均2.90;基因多样性指数在0.08～0.79之间,平均为0.38。23份新育成品种的遗传距离在0.12～0.69之间,平均为0.40。在23份亲本品种中,共检测到63个位点,每个位点的等位基因个数在2～7之间,平均3.00;基因多样性指数在0.08～0.79之间,平均为0.44;23份亲本品种的遗传距离在0.09～0.81之间,平均为0.46。新育成品种遗传多样性低于其亲本品种。     

鲁麦14对山东新选育小麦品种的遗传贡献

为了解骨干亲本鲁麦14对山东新选育小麦品种的遗传贡献,对鲁麦14及其6个衍生品种(系)进行了全基因组SSR扫描分析。在350个SSR位点上共检测到662个等位变异,每个位点1~5个等位变异,平均1.9个, 位点平均多态性指数(PIC)为0.21。UPGMA聚类分析表明,济麦22和鲁麦14聚为一类、青丰系列4个品种(系)聚为一类,这两类形成一个大的分支,而济麦20与这些品种的关系较远。在所检测的350个位点中,与鲁麦14相同的位点数,济麦22有235个(67.1%), 济麦20有210个(60.0%), 青丰1号有229个(65.4%), 青农2号有247个(70.6%)。这些相同位点多数以一个大的染色体区段传递至子代,且有的区段在6个衍生品种(系)中共享,如5A的gwm304–barc360–gwm415–barc1区段和6D的barc196–gdm127–barc123区段等。济麦22在21条染色体上都有与鲁麦14相同的位点,但染色体间差异较大,相同位点比例超过70%的染色体有3A、4A、7A,2B、4B、7B、1D、3D和4D;相同位点比例最低的是3B,仅46%。同一连锁群上,位点之间多呈连续区段分布,大多与已发现的重要性状分布簇相吻合。因此认为,鲁麦14的优良遗传背景对济麦22有重要贡献。在育种实践中,除需关注重要基因的导入外,还应注意骨干材料主体背景的选择。     

小麦EST-SSR标记的开发和染色体定位及其在追踪黑麦染色体中的应用

根据小麦盐胁迫诱导和茎秆组织相关EST序列开发了81对EST-SSR引物, 其中67、46、18和61对分别在小麦、黑麦、簇毛麦和大麦基因组中稳定扩增, 在不同小麦和大麦品种间具有多态性的引物分别有22和23对。利用小麦缺体-四体系共定位了43对引物的81个位点, 其中A、B和D染色体组上分别有29、30和22个位点, 涉及除4B、3D和6D外的18条染色体。此外30对引物在黑麦基因组中具有特异扩增, 其中8对分别在黑麦1R、4R、5R和R7染色体上具有特异扩增, 7对在多条黑麦染色体具有相同扩增。这些新标记可有效用于小麦及其近缘物种的遗传作图与比较遗传研究。     

蚂蚱麦和小白麦衍生系的遗传多样性分析

陕西关中蚂蚱麦和山西平遥小白麦是我国北方小麦品种的原始骨干亲本,解析蚂蚱麦和小白麦及其衍生系的遗传多样性对于小麦品种改良具有重要的参考意义。本研究利用小麦660KSNP芯片对蚂蚱麦、小白麦及其衍生品种(系)进行全基因组扫描,分析其遗传多样性。结果表明,小麦3个基因组的多态性SNP标记数为BAD,第4同源群的多态性标记数最少, 149份供试材料基因多样性(H)范围为0.095～0.500,平均值为0.336;核苷酸多样性指数(π)范围为0.272～0.435,平均值为0.340;而遗传相似系数(GS)变幅为0.335～0.997,平均值达0.619,表明蚂蚱麦和小白麦衍生系的遗传多样性较低。聚类分析表明蚂蚱麦和小白麦紧密地聚在亚群I,其衍生品种(系)分为5个亚群,其中2000年以前以蚂蚱麦或小白麦的单一衍生系为主,分在亚群I、II、III, 2000年以后多数品种同时拥有蚂蚱麦和小白麦血缘,分在亚群IV、V,遗传多样性较高,且与大面积推广品种聚为一类。因此,应加强优异基因资源导入,拓宽小麦品种的遗传基础,最终提高育种水平。     

普通小麦D染色体组微卫星分子标记遗传差异研究

本研究采用微卫星(SSR)分子标记技术, 对我国不同生态区的6个春小麦品种(系)及北方冬麦区的17个冬小麦品种(系)D染色体组的遗传多样性进行了分析. 结果显示, 23个微卫星引物在23份材料间共扩增出65个等位基因, 平均每个引物为2.9个. 分析发现, 冬小麦群体内检测到的等位基因数(60个)及平均遗传距离(0.4504)明显高于春小麦(48