小麦抗倒伏相关性状的全基因组关联分析

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小麦作为我国人民的主粮,保证其产量具有重要意义。倒伏是限制小麦产量的重要因素之一,选择和应用抗倒伏性优良的小麦品种具有重要意义。利用分子标记技术筛选与抗倒伏相关联的分子标记,可以为抗倒伏育种提供理论依据和技术支撑。本研究以543份我国北部冬麦区和黄淮冬麦区小麦品种(系)及国外的种质资源为材料,测定田间倒伏性状,利用相关性分析、主成分分析、回归分析、聚类分析等方法,确定小麦抗倒伏性的有效鉴定指标和方法,分类并筛选抗倒伏能力强的小麦种质资源。同时利用小麦90k SNP芯片检测得到的基因型数据,结合表型数据进行全基因组关分析,定位与小麦倒伏性状显著相关的SNP位点,并进行候选基因的预测,得到的主要结论如下:
  1.6个与抗倒伏相关的性状在不同环境下存在较大的遗传变异。抗推力与其他5个性状的相关性均达到显著或极显著水平,结合多元线性回归分析,证实抗推力可以作为鉴定小麦品种抗倒伏能力的指标。利用抗推力指标进行聚类分析,将供试材料分为4类,其中周8425B、济麦22、河农6425等73个材料的抗倒伏能力最强。
  2.利用混合线性模型MLM(PCA+K)进行全基因组关联分析,共得到与小麦抗倒伏相关的位点130个,这些位点分布在全部21条染色体上。其中4B染色体上位点最多,达到20个。贡献率最大的位点是Excalibur_c43604_751,可以解释7.13%的表型变异。
  3.对位点进行单倍型分析,发现在4B染色体上控制第一节间直径的4个位点BS00023035_51、Tdurum_contig48366_1324、Tdurum_contig50783_67、Tdurum_contig50783_285紧密连锁,表明该染色体区域与小麦第一节间直径直接相关联。
  4.在所有显著位点的LD范围内进行候选基因的预测,共预测到996个不同的候选基因,其中75个基因内部有定位到的显著位点。这些基因包含蛋白合成相关基因、酶合成相关基因、调控基因和家族蛋白相关基因等。
  5.对候选基因进行GO分析和KEGG分析,对基因功能和其富集到的通路进行分类,GO共富集到52类不同通路途径中,KEGG共富集到63条通路。
  综上,本研究利用小麦自然群体对6个抗倒伏相关性状进行关联分析,明确了抗倒伏相关性状存在丰富遗传变异和显著相关性,筛选r73个抗倒伏能力优秀的小麦品种(系)。发掘130个与抗倒伏相关性状显著关联SNP,并在其附近筛选出996个抗倒伏相关的候选基因。
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