小麦燕大1817×北农6号RIL群体农艺性状QTL定位和BSR-Seq分析

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小麦(Triticum aestivum L.)是世界上最重要的粮食作物之一,定位和克隆重要农艺性状的基因/QTL是实现小麦高产、优质和高抗的有效途径。本研究以抗逆性著称的我国小麦骨干亲本燕大1817和高产小麦品系北农6号杂交得到的269个重组自交系(Recombinant inbred line, RIL)群体为材料,应用下一代测序技术进行RNA测序(RNA sequencing, RNA-Seq)发掘品种间SNP,对小麦D基因组遗传连锁图谱进行加密,对小麦苗期耐盐、种子根性状和抗穗发芽性状进行了QTL定位,利用集群分离分析(Bulked segregant analysis, BSA)与RNA-Seq结合进行小麦农艺性状的QTL定位分析。主要研究结果如下:燕大1817/北农6号SNP遗传连锁图谱D基因组标记数目少,限制了对D基因组上QTL的定位研究。通过对两个亲本燕大1817和北农6号进行RNA-Seq,在两者之间共挖掘到1702个D基因组特异的高可信SNP。经过PCR验证和连锁作图,开发了27个D基因组特异多态性SNP标记,并成功整合到之前的遗传连锁图谱中,增加了D基因组分子标记的密度。本研究表明RNA-Seq方法是开发多态性分子标记的有效途径之一。利用燕大1817和北农6号RIL群体和加密的遗传连锁图谱,分别对水培条件下盐胁迫和正常(对照)处理苗期的14个性状进行QTL定位。利用完备复合区间作图法(ICIM) (LOD≥2.5)共检测到114个加性效应QTL,分布于除了1A染色体外的所有20条染色体上,单个QTL解释的表型变异率为2.7%~21.7%,有13个QTL能够在3个或3个以上的环境中被检测到;其中有73个QTL的增效效应来自于亲本燕大1817,有41个QTL的增效效应来自于亲本北农6号,表明燕大1817是一个重要的小麦耐盐遗传资源。利用凝胶室培养,测定种子根的根数、外侧根夹角和重力反应(当培养室旋转90。后种子根的弯曲角度)。在1A、1B、1D、3D、 4A、4B、5A、5B、6B和7B共10个染色体上检测到26个种子根相关性状的加性效应QTL,加性效应值在-3.75到2.57之间,对表型变异的贡献率为3.50%到7.92%之间。对穗发芽抗性相关的主效QTL位点QPhs.cau.3A.2基因组区间进行了比较基因组学分析,比较作图和精细定位确定了QPhs.cau.3A.2候选基因为TaVp-1A.研究结果有助于对小麦耐盐性、根系性状和穗发芽抗性的遗传解析,而且为后续主效QTL的精细定位与克隆和分子标记辅助选择育种奠定了基础。BSR-Seq是结合BSA和RNA-Seq的基因快速定位和标记开发的有效途径。本研究首次探索利用BSR-Seq的方法在拥有复杂基因组的小麦中进行数量性状及主效QTL的分析。基于群体株系的表型构建混池对小麦茎秆实心、株高和种子根数三个性状进行了BSR-Seq分析。挖掘到102个与茎秆实心基因紧密关联的SNP,其中90个(88%)候选SNP富集在3BL染色体臂的末端,据此推测在此群体中实心性状是由位于3BL染色体臂末端约11.7 Mb的染色体片段控制的,并通过对3B染色体候选基因组区间内的基因进行功能注释确定了7个与木质素或纤维素合成相关的候选基因;在2A染色体上挖掘到最多与株高显著关联的候选SNP,与2A上存在一个主效QTL QPh.cau.2A.2的遗传分析结果相吻合;另外利用BSR-Seq挖掘到的种子根数候选SNP主要位于该性状QTL定位的染色体臂上。进一步建立了基于目的QTL位点的基因型和群体株系的表型构建混池的策略进行QTL位点的BSR-Seq分析,分别挖掘到与控制产量性状的QTL位点QTgw.cau-5A.2和QTgw.cau-6B.1紧密关联的138和223个候选SNP,挖掘到与控制旗叶宽度的QTL位点QFlw.cau-3A和QFlw.cau-5A.1紧密关联的71和320个候选SNP,研究结果为目标QTL区间多态性标记开发和精细定位提供了重要信息。此混池策略可以避免其他控制目的性状的遗传位点的干扰,能够得到更可信的候选SNP用于后续的实验研究。研究结果表明了BSR-Seq在拥有复杂基因组的小麦中进行QTL定位分析的可行性,依据目的QTL位点的基因型和群体表型构建混池的策略优于只根据群体表型构建混池的策略。据此,建立了在小麦中进行QTL的BSR-Seq分析体系。
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