小麦株高相关性状与SNP标记全基因组关联分析

株高是影响小麦产量和控制倒伏的重要因素,研究小麦株高相关性状的遗传机制对高产育种具有指导意义。以205份中国冬麦区小麦品种(系)为材料,利用分布于小麦全基因组的24 355个单核苷酸多态性(SNP)标记对株高相关性状进行关联分析。共发现38个与株高相关性状显著关联(P0.0001)的SNP,分布在1B、2A、2B、3A、3B、3D、4A、4B、5A和6D染色体上。其中,11个位点至少在2个环境中稳定表达,可用于开发CAPS标记。同时,发掘了一批株高性状相关基因的优异等位变异,如降低株高的等位变异Bob White_c48009_52,平均降低株高12.9 cm;控制穗下节间长的等位变异BS00039422_51-C和IAAV1698-A,分别调控穗下节间长5.9 cm和6.6 cm。本研究发掘的控制小麦株高基因位点为在分子水平上研究小麦株高复杂性状提供了有价值的参考。     

调控小麦苗期性状的QTL定位

苗期地上部和根系的繁茂性对于小麦生长后期有重要影响,对调控小麦苗期性状的QTL进行定位,能进一步发掘调控小麦苗期性状的基因位点,有利于分子标记辅助选择育种.本试验以一套重组自交系群体为材料,检测了调控小麦苗期性状的QTL位点.共检测到调控4个性状的14个QTL位点,包括4个主效QTLs和10个微效QTLs,分布在3A、3B、4A、4B、5D、6A和6B共7条染色体上,贡献率在5.8％ ～ 18.4％之间.这些位点的发掘,有助于增进对小麦苗期性状的遗传基础的认识,并在小麦育种上具有潜在的应用价值.     

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。     

河南小麦品种穗粒数性状的动态变化及全基因组关联分析

穗粒数是小麦产量构成的重要因子,研究小麦穗粒数及其相关性状的变化规律与遗传机制对于高产育种具有指导意义。以198份河南种植或审定的小麦品种(系)为材料,在4个环境下鉴定穗粒数相关性状表现,选用660K SNP芯片检测材料的基因型并进行全基因组关联分析。发现穗粒数存在着广泛的变异,穗粒数、穗长、总小穗数、可育小穗数和不育小穗数的广义遗传力分别为77.43%、87.54%、85.45%、79.70%和68.08%,2002年以前、2003-2008年、2009-2014年和2015年以来育成品种的平均穗粒数分别为35.71个、36.85个、37.40个和37.98个,随着育种时期的推进总小穗数和可育小穗数也表现出逐渐提高的趋势。共发现41个和穗粒数等性状相关联的位点,分布在除了1D、3A、3D、4B和4D的16条染色体上,单个关联位点的表型变异贡献率(R2)范围为6.19%~20.83%,其中10个位点至少在2个环境中稳定表达。对关联位点进一步分析发掘了多个与穗粒数性状相关的优异等位变异,如7A上AX-109368219(A)能增加穗粒数1.86粒,2A上AX-111674224(C)能提高总小穗数0.96个,2D上AX-111582877(G)能提高可育小穗数0.73个。研究揭示近五十年河南小麦穗粒数性状的动态变化及其规律,获得了多个和穗粒数等性状关联位点及等位变异,为小麦产量性状的遗传改良及分子设计育种提供了技术支持和基因资源。     

马铃薯StDRO1基因的多态性鉴定及其与根系性状的关联分析

为鉴定与马铃薯根系性状相关联的StDRO1基因单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)位点,本研究对110份同源四倍体马铃薯材料StDRO1基因的编码区进行了克隆和测序,筛选其SNP,并对StDRO1的SNP位点与马铃薯总根表面积、总根体积和平均根系直径等主要根系性状参数进行了关联分析。结果显示,StDRO1第2外显子上检测到1个SNP位点,命名为G64C;第3外显子上检测到10个SNP位点,分别命名为G152A、A214G、A297G、C314T、A337T、T353C、T560A、C577A、C620A和C625A;在第4外显子上检测到1个SNP位点,命名为T793A。关联分析结果表明,StDRO1基因G152A位点在总根体积表现为GA类基因型>GG类基因型(P<0.05);C314T位点在平均根系直径表现为CC类基因型>CT类基因型(P<0.05); A337T位点在总根表面积、鲜重和干重均表现为AT类基因型>AA类基因型(P<0.05),而在平均根系直径则表现为AA类基因型>AT类基因型(...     

野生二粒小麦主要农艺特性融入普通小麦的全基因组关联分析

野生二粒小麦(Triticum turgidum ssp.dicoccoides)是普通小麦的四倍体祖先种,具有广泛的基因型变异,是改良普通小麦的重要种质资源。本研究对不同年份和地点四个环境下的161份野生二粒小麦渗入系材料的株高、分蘖数、小穗数、抽穗期、开花期和千粒重进行表型鉴定,并利用覆盖全基因组的13,116个DArT标记对各农艺性状进行全基因组关联分析,以期发掘性状显著关联标记及相关候选基因。本研究共检测到147个与6个农艺性状相关的稳定标记。其中,一些关联标记与抽穗期和开花期同时相关,并且在2B染色体上聚集成簇。在野生二粒小麦渗入系群体中共推定了21个与农艺性状相关的候选基因,其中位于7A染色体与千粒重显著相关的候选基因与细胞周期蛋白有关。这些标记和候选基因可为克隆优异农艺性状相关基因提供重要信息,从而为野生二粒小麦在普通小麦背景中的遗传改良综合利用提供依据与指导。     

非生物胁迫条件小麦根系性状的遗传学基础研究进展

作物根系与水肥利用密切相关,发掘根系性状相关遗传位点或候选基因,对于培育适宜特定土壤环境的小麦新品种具有重要意义。为系统了解低氮磷供应、盐碱、干旱等非生物胁迫对根系的影响,以及小麦根系性状遗传定位进展,本研究对近几十年相关文献进行了调研。发现尽管目前对小麦根系性状遗传解析工作已有较多报道,但许多根系性状QTL区间在不同研究间难以吻合,限制了分子标记开发和候选基因的发掘。随着高密度SNP芯片的开发及全基因组重测序技术的发展,今后整合"表型组"、"基因组"、"转录组"和"代谢组"对特定环境条件下小麦根系性状进行解析,可快速、高效地发掘特定环境条件下的优异等位变异和候选基因。本研究对于了解非生物胁迫条件小麦根系性状的遗传学基础具有参考价值。     

不同基因型小麦对低氮胁迫的生物学响应

采用溶液培养的方法,研究了不同基因型春小麦(加春1、2、4号)根系对低氮胁迫的生物学响应、小麦苗期氮素吸收、分配的基因型差异以及与根系形态之间的相关关系,结果表明,⑴低氮胁迫下小麦的根重、根长、根条数、根系总吸收面积与活跃吸收面积、根系SOD及POD活性、根系活力均明显降低,但不同基因型间的差异明显。低氮胁迫下加春2号小麦根系具有较好的形态学与生理学性状,并向地上部分配了较大比例的氮素,地上部氮累积量占总氮量的百分率比其它两种基因型分别高7.6%和8.2%,氮的利用率也比其它两种基因型高8.0%和9.9%。加春2号比其它两个基因型更能适应低氮环境胁迫。⑵在低氮胁迫下,春小麦根重、根总长度、根系活力、根系总吸收面积及活性吸收面积与总吸氮量呈显著线性相关,而在高氮水平下无相关关系,表明在氮素胁迫条件下,根系形态对氮吸收率起重要作用。     

普通菜豆根系相关性状的关联分析

幼苗期根系发育对作物的生长发育具有重要作用。利用生长袋纸培系统对324份普通菜豆种质的主根长、根干重、根体积、根表面积等9个根系相关性状进行表型鉴定,并结合覆盖全基因组、有多态性的116对SSR标记,利用MLM（Q+K）模型进行表型和标记的关联分析。表型分析表明,324份材料的9个根系相关性状表型变异丰富,平均变异系数的变动范围是10.09%~37.03%;基因型分析表明,116个多态性SSR标记共检测到919个等位变异位点,每个标记的平均基因多样性指数为0.59,多态性信息含量（PIC）平均值为0.54,显示这些标记具有较高的基因多样性;群体结构分析表明,供试材料分为两个亚群,与普通菜豆起源于两个基因库对应;关联分析结果显示,以P<0.01作为显著条件,共检测到48个显著标记位点,其中有10个位点同时与2个以上性状相关联,有5个位点与前人研究结果一致。研究结果为进一步理解普通菜豆根系的遗传机理提供了理论参考,也为分子标记辅助选择改良普通菜豆根系奠定了基础。     

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。     

Genome wide association mapping to identify aluminium tolerance loci in bread wheat

Aluminium (Al) toxicity in acid soils continues to be a major concern for crop production, especially for wheat which is a moderately tolerant cereal crop species. So far, Al tolerance was known to be controlled by few genetic loci detected clearly by classical mapping studies. Here, we report the outcome of a genome wide association mapping approach in bread wheat (Triticum aestivum L.) using 525 Diversity Array Technology markers genotyped in a core collection of 96 winter wheat accessions. Marker-trait associations (MTAs) were detected using both general linear model (GLM) and mixed linear model (MLM). Five significant MTAs were identified as shared by models on chromosomes 1A, 1D, 3B and 6A. Highly significant MTAs were identified by MLM on chromosomes 1D and 3B which could be new candidate loci for future studies. Some of our results are in line with prior reports, but some appear to be novel. Potential candidate genes have been searched in respective chromosomal bins for highly significant MTAs detected by MLM. The loci identified in our study have the potential to improve Al tolerance in wheat and hence need to be verified and utilized for breeding tolerant cultivars worldwide.     

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。     

利用“永久F2”群体进行小麦幼苗根系性状QTL分析

为了研究小麦苗期根系性状的遗传,以小麦品种花培3号和豫麦57的杂交DH群体组配了一套含168个杂交组合的“永久F₂”群体。利用WinRHIZO根系分析系统测定四叶一心期小麦水培幼苗根系总长度、直径、表面积、体积、根尖数、最大根长、茎叶干重、根干重及根茎干重比9个性状。采用复合区间作图法分析幼苗根系8个性状的QTL,定位了7个加性效应QTL和12对上位性互作QTL,包括加性效应、显性效应,加加互作、加显互作和显显互作,分布在1A、1D、2A、2B、2D、3A、3B、5D、6D和7D染色体上,单个QTL可解释0.01%~11.91%的遗传变异。在染色体2D上XWMC41至XBARC349.2区间检测到同时控制总根长和根干重的一个QTL。上位性对苗期根系生长发育有重要作用。试验结果表明,苗期根系性状的遗传机制较复杂, 因此在育种中要综合考虑根系各性状之间的关系,保证根系协调统一、发达健壮。     

利用SSR标记进行优质冬小麦品种(系)的遗传多样性研究

遗传多样性研究对于作物育种具有重要意义. 选择分布于21条小麦染色体上的59对SSR引物对48个优质冬小麦新品种(系)进行了遗传多样性分析. 共检测出209个等位位点, 每对引物等位位点数在2～9之间, 平均为3.5个. 位点多态性信息含量PIC变幅为0.16～0.87, 平均0.56. 8个引物组合在一起可将全部品种区分开来, 48个品种可分为五类,     

Mapping QTLs for seedling root traits in a doubled haploid wheat population under different water regimes

A deep and thick root system has a positive effect on wheat yield, particularly in drought environments. A doubled haploid (DH) population of 150 lines derived from the cross Hanxuan 10?×?Lumai 14 was used to map QTLs for seedling root characteristics. The DH lines were cultivated in an agarose gel-chamber under well-watered (WW) and water-stressed (WS) regimes. Water stress was simulated by adding mannitol to the agarose gel. The seminal root traits, including maximum root length (MRL), seminal root number, total root length, project root area, root surface area, and seminal root angle were measured after 6?days of seedling development. Grain yields (GY) were measured in a field experiment. A total of 29 QTLs were identified for seedlings cultured under WW regimes, and 23 QTLs under WS regimes. Individual QTL accounted for phenotypic variations ranging from 4.98 to 24.31?%. The QTLs were distributed on 17 chromosomes, except 1D, 4D, 6B and 6D. Seven consistently expressed QTLs were detected for all the traits tested except MRL under both water regimes. The QTLs for root traits were unevenly distributed among chromosomes, and clustered in eight loci on seven chromosomes, showing pleiotropic effects on target traits. One region in the interval Xgwm644.2?CP6901.2 on chromosome 3B contained 9 QTLs affecting most root traits. The present data provide an insight into the genetic basis of seedling root development under different water regimes and may benefit breeding programs using marker-assisted selection (MAS) for root traits.     

基于SNP分子标记的泰山/泰科麦系列小麦遗传解析

对不同年份育成的21个小麦品种（系）进行全基因组扫描,通过分析遗传距离和染色体区段/位点,明确其亲缘关系远近和遗传差异。分析可知,获得的2029个SNP基因位点在B基因组拥有较高的遗传多样性,其次是A和D基因组;在7个同源群中,第3和第6同源群呈现出较高的遗传多样性,而第1和第4同源群的遗传多样性较低;21条染色体中,3A、1B、6B染色体的遗传多样性较高,而1A、6A的遗传多样性偏低。对21份供试材料依据审定（育成）年份分析其群体的平均遗传距离,不同年份品种间的平均遗传距离先增大后减小,遗传多样性逐渐降低;21份供试材料间的遗传相似系数在0.69~0.99之间,大致可聚为4个类群,同一年份的品种一般聚在一起,与其系谱关系吻合。构建并分析供试材料的基因型图谱发现,00s、10s和现在育成的小麦品种（系）共有SNP和共有染色体区段分别主要在A、D和B基因组,对应已发表性状同不同年份育种目标吻合。同时发现21份供试材料均含有25个共同SNP位点,分布在1A、5A、6A、7A、2B、3B、6B、1D、2D、3D和7D染色体上,且每条染色体上分布的SNP位点数目均不相同,通过对应已发表性状进一步证实在品种（系）组配与选育过程中注重产量、株高、分蘖数、抽穗期、灌浆速率和抗病等性状的选择。以上研究结果可为今后小麦新品种组配和选育提供参考依据。     

Variation for nitrogen use efficiency traits in current and historical great plains hard winter wheat

Wheat genotypes that efficiently capture and convert available soil nitrogen into harvested grain protein are key to sustainably meeting the rising global demand for grain protein. The purposes of this study were: to characterize the genetic variation for nitrogen use efficiency (NUE) traits within hard winter wheat adapted to the Great Plains of the United States and evaluate trends in the germplasm with year of release; to explore relationships among traits that may be used for selection within breeding programs; and to identify quantitative trait loci associated with NUE traits in this germplasm. NUE traits were measured in a panel of 299 hard winter wheat genotypes, representing historically important and contemporary germplasm, from across the growing region. Trials were grown in two years at two levels of nitrogen fertility. Genotype and genotype × year interaction effects were highly significant for NUE traits, while genotype × nitrogen rate interactions were non-significant. Strong genetic correlations of plant height and flowering date with NUE traits were observed. Wheat breeders have improved NUE: the subset of 183 genotypes that were released as cultivars after 1960 demonstrated significant trends with year of release for improved grain N yield, grain yield, nitrogen harvest index, nitrogen uptake efficiency, nitrogen utilization efficiency, and post-anthesis nitrogen uptake. In genome-wide association analyses, plant height and flowering date were important covariates in the mixed models, and plant height and flowering date substantially explained the variation in NUE traits in this germplasm. Marker-trait associations were identified that may prove useful in breeding.     

小麦矮秆种质SN224的鉴定及农艺性状QTL分析

SN224是从六倍体小黑麦与普通小麦杂种后代选育的矮秆小麦种质,为对其有效利用提供参考依据,本研究对其进行了细胞学和主要农艺性状的鉴定,对它矮秆性状的遗传特点进行了分析。结果表明,SN224平均株高68.6 cm,株型较紧凑,纺锤穗、有芒、白粒,千粒重42.0 g左右,中抗条锈病和白粉病,后期不早衰,综合农艺性状较好;SN224根尖细胞染色体数目为42条,花粉母细胞减数分裂MI可观察到21个二价体,为1BL?1RS易位系;SN224/辉县红杂种F₁株高介于双亲之间,F₂群体的株高分离表现连续变异。利用已知主效矮秆基因Rht-B1b、Rht-D1b和Rht8以及1RS的特异分子标记检测证明,SN224不含有3个矮秆主效基因,1RS对SN224矮秆性状的表达没有影响。利用SN224/辉县红F₂群体,构建了含有134个标记的分子标记连锁遗传图谱,总长1332.1 cM。采用加性-完备区间作图法(ICIM-ADD)进行QTL分析,检测到2个降低株高的主效QTL QPh1B和QPh4B,分别位于1B染色体Xwmc719–Xgwm18和4B染色体Xgwm368–Xmag4284标记区间,它们可分别解释株高变异的20.0%和10.2%;检测到分别控制穗长、单株穗数和每穗小穗数的7个QTL;在4B染色体KSUM062–Xmag4284标记区间同时检测到降低株高、增加穗长和单株穗数的QTL。     

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。     

利用关联分析发掘小麦自然群体旗叶叶绿素含量的优异等位变异

为揭示小麦自然群体干旱胁迫条件下旗叶叶绿素含量的变化, 筛选相关标记的优异等位变异, 以262份小麦种质资源组成的自然群体为材料, 分别种植在北京的2个试验地点, 均设雨养和灌溉处理, 于开花期和灌浆期检测旗叶叶绿素含量。以分布于21条染色体的169个SSR标记检测所有材料的基因型, 利用STRUCTURE 2.3.2软件分析群体结构, 用TASSEL软件的MLM (mixed linear model)方法对小麦自然群体的旗叶叶绿素含量进行关联分析。在此基础上, 将携带某等位变异的所有材料表型均值与携带无效等位基因(null allele)材料表型均值比较, 估计等位变异的表型效应, 鉴别优异等位变异。共检测到2048个等位变异, 每位点2~37个等位变异, 平均12个。每位点的标记多态性信息量(PIC)为0.008~0.936, 平均0.628。在22个标记位点共检测出40个(次)与旗叶叶绿素含量极显著的关联, 其中11个标记位点有2次以上的关联, Xwmc419-1B和Xgwm501-2B分别有3次关联。在Xcfa2123-7A、Xgwm232- 1D和Xgwm429-2B位点分别检测到效应值大于4.0的等位变异。