小麦揉混特性和溶剂保持力的全基因组关联分析

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小麦(Triticum aestivum L.)是世界上主要粮食作物之一。随着生活水平的提高,人们对用来制作主食的面粉的品质要求越来越高。因此,研究小麦主要品质特性,挖掘控制品质的遗传基因,明确基因与性状之间的关系是获得优质小麦品种的前提。本研究选取205份中国冬麦区20世纪80年代以来的推广品种或骨干亲本构建自然群体,并以该群体作为实验材料,利用小麦90K SNP基因芯片技术构建完成的复合遗传图谱,对小麦揉混特性和溶剂保持力进行相关性分析和全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS)。研究结果如下:1.表型分析:对揉混特性的表型变异分析表明,除峰值时间和峰值宽度,其他揉混特性参数在两环境中表现出明显差异。各性状的变异系数表现不同,其中曲线尾宽、8分钟带宽,峰值时间揉混左斜率和右斜率的变异系数均超过20%,其他揉混参数的变异系数在9.7%-20%之间。说明本研究群体在揉混特性上具有比较丰富的遗传变异,利用现有种质资源对冬小麦的品质性状改良具有较大潜力。对溶剂保持力的表型变异分析表明,四种溶剂保持力(蔗糖SRC,碳酸钠SRC,乳酸SRC,水SRC)在两环境中表现出明显差异。各性状的变异系数表现不同,其中乳酸SRC和水SRC(E1)的变异系数均超过10%,其他性状的变异系数范围是7.9-9.11%,说明溶剂保持力的遗传改良潜力一般。2.揉混特性的关联分析:通过全基因组关联分析,在p<0.001水平(显著水平),两个环境下共检测到415个与小麦揉混特性关联的标记/性状关联(marker-trait association,MTA)位点,分布在小麦20条染色体上,单个关联位点表型变异贡献率(R2)范围为5.19–16.3%。本研究在1B和1D染色体上检测到多个控制揉混特性的重要位点。其中位于1B染色体上的位点BS0002285151、Excaliburc409931129和RFLContig2826548是同时控制两个揉混参数的多效性基因位点,且三者距离相近。在1D染色体上检测到的显著多效性关联位点高达30个,其中位点DGA8KES401EYUM8190同时控制峰值时间和曲线尾宽,且在两环境中稳定表达,对峰值时间的表型贡献率为15.9%;位点GENE-0511161同时控制峰值时间、8分钟带高和曲线尾高三个性状,对峰值时间的表型变异贡献率高达16.3%,是主效位点;位点GENE-0511484和Kukric6051640同时控制峰值时间、曲线尾高和8分钟带高三个揉混参数,对峰值时间的贡献率高达15.92%,是在两环境中稳定表达的主效位点;位点BS0002170251同时控制峰值时间、8分钟带高、8分钟带宽和曲线尾高四个性状,表型变异贡献率高达16.3%,是在两个环境中稳定表达的主效位点。3.溶剂保持力的关联分析:通过全基因组关联分析,在p<0.001水平(显著水平),两个环境下共检测到313个与溶剂保持力特性相关的关联位点,分布在小麦19条染色体上。位于6A染色体上控制蔗糖SRC的位点GENE-3780131是在E2环境下检测到的主效位点,表型贡献率高达20.0%;位于1D染色体上的主效位点BS0002185151,对乳酸SRC表型变异贡献率为12.4%;位点IAAV1634是控制水SRC的显著和相对稳定(至少在两个环境中检测到)位点,贡献率为5.98-7.87%。在E1环境中检测到的位点RFLContig291062和BS0009434251的表型变异贡献率分别为10.11%和10.85%,均大于10%,是主效位点。与水SRC关联的大多数位点只在E1环境中检测到,且贡献率普遍较低。检测到7个控制碳酸钠SRC的主效位点,位于7A染色体上的位点IACX72和wsnpExc1598824402251具有最高表型变异贡献率,为11.1%;位点BS0000001051在E2环境中检测到,其他位点都在E1环境中检测到。检测到27个控制蔗糖SRC的主效位点,表型变异贡献率大于10%,分布在1B、2B、5A和7A染色体上。4.多效性关联位点分析:本研究在控制小麦揉混特性与溶剂保持力的关联位点中发现了9个SNP标记同时与小麦揉混特性和溶剂保持力相关联。其中同时控制8分钟带宽和蔗糖SRC的标记最多,均为位于5A染色体上的相对稳定位点。位点GENE-3780131同时与8分钟带高、8分钟带宽、曲线尾高、蔗糖SRC四个性状关联,最高贡献率达20.11%,是重要的主效位点;位点BS0002252451同时与8分钟带宽、乳酸SRC、水SRC三个性状关联,但贡献率较低。
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