基于SNP标记的小麦氮效率性状的关联分析

来源 :山东农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangxinyu999
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小麦是我国第二大粮食作物,其高产稳产对于保障我国粮食安全具有重要的战略意义。然而,目前生产中小麦氮素利用效率低下与过量施氮现象并存,导致小麦生产成本及环境污染风险逐年增加,严重影响了我国小麦生产的可持续发展。培育氮高效小麦品种以提高氮肥利用率是当前农业领域研究面临的重要课题之一。小麦氮素利用效率是复杂的数量性状,由多基因控制。筛选与氮效率密切相关的分子标记能够为小麦的分子标记辅助选择育种以及QTL克隆等研究提供数据支持。本研究以黄淮麦区有代表性的134个品种/系组成的群体作为研究材料,采用苗期液培和成熟期大田试验相结合的方法,苗期设置正常氮(MN)、低氮(LN)和高氮(HN)三个处理,成熟期设置正常氮(MN)和低氮(LN)两个处理,研究了不同氮处理对小麦苗期氮养分效率和成熟期产量以及氮效率相关性状的影响,并利用该群体的大量SNP分子标记与小麦氮效率性状(生物量、氮浓度、氮累积量和氮利用效率)和产量相关性状(株高、穗长、穗数、千粒重等)进行了关联分析,检测与产量及氮效率相关性状的关联位点。主要研究结果如下:(1)不同氮处理对小麦氮营养性状有显著影响。与正常氮处理(T1)相比,低氮(T2)条件下小麦苗期氮累积量和氮浓度均显著降低,但生物量干重、氮效率性状以及生物量和累积量根冠比均明显增加;而高氮处理(T3)下,生物量根冠比、氮累积量根冠比和氮效率性状差异不显著,其它性状均显著增加。与对照处理(T4)相比,低氮处理(T5)下小麦成熟期氮浓度和氮累积量显著降低,2012-2013年(E3),单株重和穗粒数显著下降,2013-2014年(E4),氮效率和穗粒数显著增加,穗长和单株穗数显著降低。(2)小麦苗期不同氮处理共检测到与氮效率性状相关联的分子标记2,278个,其中有105个稳定关联位点同时与至少3个性状关联,单个标记的表型变异解释率(R2)的范围是7.31%-20.8%。苗期共筛选出21个标记分别与6-10个性状存在显著关联:Excal iburc63563370、Dcontig31797313、RAC875c39966280、wsnpExc640011123059、CAP7repc1253781、wsnpKurepc7270072370664、Bob Whitec18267296、Rac15638858、Excaliburc12085276、Bob Whiterepc52979181、Excaliburc115824267、Bob Whitec23839119、Excaliburc22871327、Excaliburc34391281、Excaliburr epc111263307、IAAV4838、Rac105310660、Rac105310668、RAC875c105310155、wsnpKurepc10388990513365和Kuc57891180,这些标记分布在1B、2D、3A、3B、4A、5B、6A、7A和7B上。(3)小麦成熟期检测到了3,051个标记与氮效率性状相关联,有433个稳定关联位点同时与至少2个性状存在关联,单个标记的R2范围是6.76%-18.49%。有7个标记分别同时与5-6个性状存在显著关联:Kukric323551089、wsnpExc820813870372、E xcaliburc23801115、Tdurumcontig6660492、Kukric27662645、BS0001412651和R AC875c34971137,分别位于染色体2D、3B、5B、6B和7A上。(4)小麦苗期氮效率相关性状与成熟期产量相关农艺性状间有显著相关关系,千粒重、株高、单株秸秆重和单株地上部总重均与苗期生物量、氮累积量和利用效率显著正相关,单株籽粒重与地上部干重、地上部氮累积量和地上部氮利用率显著正相关。(5)小麦苗期和成熟期共同检测到的稳定标记有2个,Dcontig74317533(5A)和Tdurumcontig47183205(1A),两个标记在不同氮处理条件下均被检测到,涉及苗期生物量根冠比和成熟期株高、苗期根系生物量和成熟期不育小穗数,R2范围是8.19%-14.02%。
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