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。     

小麦TaCIPK3与TaCBLs的互作分析

植物类钙调磷酸酶B蛋白CBLs(Calcineurin B-like proteins)和CBL互作蛋白激酶CIPKs(CBL-interacting protein kinases)在应答非生物逆境的钙信号系统中起着重要作用。为了研究小麦TaCIPK3的互作调控网络,以普通六倍体小麦(Triticum aestivum)品种矮抗58的叶片c DNA为模板,PCR扩增获得TaCIPK3的编码序列。TaCIPK3基因开放阅读框(ORF)长1348 bp,编码447个氨基酸。生物信息学分析显示TaCIPK3的N-端催化结构域含有CIPK家族蛋白的典型激活环,C-端调节域含有该家族高度保守的24个氨基酸NAF基序,具有丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶的结构特征。利用酵母双杂交体系对TaCIPK3与TaCBL1、TaCBL2、TaCBL3、TaCBL4、TaCBL6、TaCBL7、TaCBL9进行相互作用鉴定,发现分别转化有p GADT7-TaCIPK3×p GBKT7-Ta CBL1、p GADT7-TaCIPK3×p GBKT7-Ta-CBL2、p GADT7-TaCIPK3×p GBKT7-Ta CBL3和p GADT7-TaCIPK3×p GBKT7-Ta CBL4的二倍体酵母菌能够在二缺培养基SD/-Trp/-Leu平板上长出白色菌落,同时这些二倍体菌株在四缺培养基SD/-Leu/-Trp/-Ade/-His/X-α-Gal/Ab A上能够长出淡蓝色菌落,表明下游的4个报告基因ADE2、HIS3、MEL1和AUR1-C被激活,因此说明TaCIPK3与TaCBL1、TaCBL2、TaCBL3和TaCBL4之间存在互作。本研究结果对进一步研究TaCIPK3的生物学功能以及与TaCBLs的互作网络具有一定的参考作用。     

小麦耐低钾性状的全基因组关联分析

  【目的】  筛选与小麦耐低钾性状相关的标记，为揭示小麦耐低钾性状的遗传机理奠定基础。  【方法】  本研究以198份中国黄淮南片麦区的小麦品种 (系) 作为供试群体。小麦种子发芽后，幼苗在正常钾营养液中生长4天，然后在低钾 (0.01 mmol/L) 和正常钾 (2 mmol/L) 营养液中生长25天。调查生物量，分析地上部和根部钾含量，计算小麦7个性状的相对值，利用小麦35K SNP芯片结合Q + K混合线性模型 (mixed linear model，MLM) 对7个耐低钾性状进行全基因组关联 (genome-wide association study，GWAS) 分析，筛选位于显著关联位点上的候选基因并进行功能注释，对显著关联位点进行等位变异分析，发掘优异等位变异。  【结果】  低钾胁迫条件下，地上部、根部、全株钾累积量和钾累积量根冠比显著降低，地上部、根部、全株钾利用指数显著升高。群体结构分析和PCA分析均将供试群体分为2个亚群。通过GWAS分析，共检测到75个显著关联单核苷酸多态性 (single nucleotide polymorphism，SNP) 标记 (P < 0.001)，分布在除1A、3B、3D、4D和6A染色体外的16条染色体上。通过候选基因搜寻及注释，共筛选出13个可能与小麦耐低钾胁迫相关的候选基因。等位变异分析共挖掘了 14 个优异等位变异，其中 6 个优异等位变异在供试群体中出现的频率较大。  【结论】  7个耐低钾性状均具有明显的数量性状特征，变异系数范围为20.66%～30.44%。40%的SNP标记分布在2B、5B和6B染色体上，21个SNP位点与多个耐低钾性状显著关联，单个SNP标记解释的表型贡献率的变异范围为5.78%～11.22%。TraesCS4A02G335400、TraesCS2B02G306000、TraesCS5B02G260000可能参与物质转运过程，TraesCS1D02G350600和TraesCSU02G105300可能参与逆境胁迫响应等生理过程，TraesCS2A02G000200可能参与逆境胁迫下的信号转导过程。