小麥不同礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)處理下苗期、產(chǎn)量和籽粒性狀的QTL分析.pdf

1、小麥?zhǔn)俏覈?guó)主要的糧食作物之一，在糧食生產(chǎn)中具有舉足輕重的作用，種植面積大，對(duì)肥料的需求量高。小麥對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收利用大多為受多基因控制的數(shù)量性狀，易受環(huán)境影響。QTL 作圖技術(shù)為數(shù)量性狀遺傳研究開辟了新的途徑。它不僅有利于分子標(biāo)記輔助選擇和相關(guān)基因的克隆，也為未來的分子設(shè)計(jì)育種奠定了理論基礎(chǔ)。因此，開展小麥礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)利用效率相關(guān)性狀的QTL分析具有重要意義。本研究利用課題組創(chuàng)制的“川35050×山農(nóng)483”RIL 群體（2009年為F

2、17）為材料，對(duì)小麥苗期相關(guān)性狀（生物量，形態(tài)性狀，N、P、K的吸收利用效率）和產(chǎn)量/籽粒性狀（株高、穗數(shù)、千粒重等）進(jìn)行了測(cè)定和QTL定位分析，并對(duì)N代謝過程中的關(guān)鍵酶谷氨酰胺合成酶基因TaGS1a 與苗期、產(chǎn)量/籽粒性狀進(jìn)行QTL分析，以期了解營(yíng)養(yǎng)吸收利用的遺傳控制機(jī)制。獲得了以下主要結(jié)果：
　　 （1）小麥苗期不同N、P、K 處理下營(yíng)養(yǎng)相關(guān)性狀的QTL分析。本試驗(yàn)中，在水培條件下，設(shè)置3個(gè)N 水平、2個(gè)P 水平、2個(gè)K 水

3、平，完全組合，包含12個(gè)處理（簡(jiǎn)稱為HC-1）。共檢測(cè)到373個(gè)QTL位點(diǎn)（590個(gè)性狀-處理QTL），位于小麥的18條染色體上，除3D,4D,7D 外。在不同處理?xiàng)l件下，單一QTL 可解釋表型變異的2.9-73.6％，LOD值最大值為16.2（SKUE）。有22個(gè)QTL位點(diǎn)是相對(duì)出現(xiàn)頻率比較高的位點(diǎn)（relativehigh frequency QTLs，RHF-QTLs），這些位點(diǎn)均可在4個(gè)以上的處理中檢測(cè)到。其中，16個(gè)RHF-Q

4、TLs的平均貢獻(xiàn)率都達(dá)到20％以上，包括QSnc-1B.2，QSpc-1B.1，QSkc-1B.3，Qskue-1B.1，QRdw-4A.1，QRdw-4A.2，QSdw-4A.1，QTdw-4A.1，QRnc-4A.1，QSnc-4A.1，QRpc-4A.3，QRkc-4A，Qtnue-4A.1，Qtpue-4A，Qtkue-4A.1和QMrl-5D.2，說明這些位點(diǎn)是比較重要的RHF-QTLs位點(diǎn)。涉及5個(gè)以上性狀的位點(diǎn)形成了22個(gè)

5、QTL 簇，位于染色體1A，1B，1D,2B,3B,4A,4B，5D，6A，6B,7A和7B上。其中，有5個(gè)QTL 簇涉及到218個(gè)QTLs（36.9％=218/590×100％）。并發(fā)現(xiàn)了N、P、K 協(xié)同吸收利用的QTLs。
　　 （2）小麥不同N 處理下苗期營(yíng)養(yǎng)相關(guān)性狀和產(chǎn)量、籽粒相關(guān)性狀的QTL分析。本試驗(yàn)中，設(shè)置苗期和成熟期2個(gè)試驗(yàn)：在水培條件下，設(shè)置6個(gè)N 水平（簡(jiǎn)稱為HC-2）；在盆栽條件下，設(shè)置3個(gè)N 水平。水培試

6、驗(yàn)：共檢測(cè)到203個(gè)QTL位點(diǎn)（243個(gè)性狀-處理的QTL），位于小麥的20條染色體上，除3D 外。在不同處理?xiàng)l件下，單一QTL可解釋表型變異的3.2-56.9％，LOD值最大值為12.3。其中，有6個(gè)QTL位點(diǎn)是相對(duì)出現(xiàn)頻率比較高的位點(diǎn)（relative high frequency QTLs，RHF-QTLs），這些位點(diǎn)均可在3個(gè)以上的處理中檢測(cè)到，包括QRdw-1A.1，QSdw-1D，QTdw-7A，QTpc-1A，QTkc-1

7、A.1，Qsnue-1A.2，平均貢獻(xiàn)率在9.6-25.7％。盆栽試驗(yàn)：共檢測(cè)到92個(gè)QTL位點(diǎn)（107個(gè)性狀-處理的QTL），位于小麥的18條染色體上，除3D，5D,7D 外。在不同處理?xiàng)l件下，單一QTL 可解釋表型變異的3.5-50.0％，LOD值最大值為10.6。其中，有11個(gè)QTL位點(diǎn)是相對(duì)出現(xiàn)頻率比較高的位點(diǎn)（RHF-QTLs），這些位點(diǎn)均可在2個(gè)以上的處理中檢測(cè)到，包括QSn-1B，QSl-2D，QTgw-3A，QGh-3A

8、.2，QGh-6A.1，QGh-6A.3，QFfd-1D，QGv-1D，QGv-3A，Qga-1D，Qga-3A，平均貢獻(xiàn)率在7.1-24.0％。苗期、籽粒性狀的共定位：QTL 簇包括20個(gè)QTL位點(diǎn)（包括C2–3，6–9，12，15–17,20-22,25,27,31,35,36,38和43）。其中，有3個(gè)QTL 簇的位點(diǎn)是比較重要的，包括C6，C17，C36，主要涉及TGW和籽粒大小性狀。我們推測(cè)該位點(diǎn)存在基因之間的相互作用，增加N

9、、P、K 含量或者利用效率可以提高籽粒相關(guān)性狀，如千粒重、粒寬、粒高等。
　　 （3）在水培試驗(yàn)HC-1和HC-2中，我們發(fā)現(xiàn)了一種N、P、K3種元素協(xié)同吸收利用的現(xiàn)象。我們定義，當(dāng)某一個(gè)位點(diǎn)包含根、地上部、總植株的N、P、K 其中的2種或3種元素的含量的QTL（QRnc，QSnc，QTnc，QRpc，QSpc，QTpc，QRkc，QSkc和QTkc）時(shí)，該位點(diǎn)為協(xié)同吸收（cooperative uptake）的位點(diǎn)。同樣地，當(dāng)

10、某一個(gè)位點(diǎn)包含根、地上部、總植株的N、P、K 其中的2種或3種元素的利用效率的QTL（Qrnue，Qsnue，Qtnue，Qrpue，Qspue，Qtpue，Qrkue，Qskue和Qtkue）時(shí)，該位點(diǎn)為協(xié)同利用（cooperative utilization）的位點(diǎn)。兩次水培試驗(yàn)中，HC-1 有33個(gè)CUU-QTLs位點(diǎn)（L1-33），HC-1 有20個(gè)CUU-QTLs位點(diǎn)（L34-53）。這53個(gè)CUU-QTLs位點(diǎn)中，僅僅涉及協(xié)

11、同吸收（cooperative uptake）的位點(diǎn)有13個(gè)（包括L3，L5，L8，L11，L16，L21，L23，L26，L38，L42，L44，L45和L51），僅僅涉及協(xié)同利用（cooperative utilization）的位點(diǎn)有21個(gè)（包括L10，L12，L13，L18，L28，L31，L32，L33，L35，L36，L37，L39，L40，L41，L43，L47，L48，L49，L50，L52和L53），涉及協(xié)同吸收利用的

12、位點(diǎn)有19個(gè)（包括L1，L2，L4，L6，L7，L9，L14，L15，L17，L19，L20，L22，L24，L25，L27，L29，L30，L34和L46）。
　　 （4）小麥N 代謝相關(guān)基因TaGS1a的單倍型分析及其與小麥苗期、籽粒性狀的QTL分析。本試驗(yàn)中，對(duì)60 份小麥品種（系）的TaGS1a的gDNA序列進(jìn)行測(cè)序、比對(duì)，進(jìn)而將多態(tài)性位點(diǎn)轉(zhuǎn)化為功能標(biāo)記并進(jìn)行功能鑒定。結(jié)果顯示，通過PCR 擴(kuò)增，獲得約3.0kb的PCR

13、 產(chǎn)物，經(jīng)轉(zhuǎn)化大腸桿菌、質(zhì)粒鑒定后進(jìn)行測(cè)序。為分析測(cè)序結(jié)果的可靠性，比對(duì)TaGS1a mRNA多處與其他2個(gè)GS1基因（GS1b和GS1c）同源性高的非等位基因序列特征性SNP（single nucleotide polymorphism）和Indels（small insertion ordeletion）位點(diǎn)信息，結(jié)果表明上述序列為TaGS1a的gDNA 全長(zhǎng)序列。對(duì)TaGS1a基因的結(jié)構(gòu)分析表明，編碼區(qū)自起始密碼子（ATG）至終止

14、密碼子（TGA）長(zhǎng)3415bp，由11個(gè)外顯子組成，外顯子中間有10個(gè)內(nèi)含子。其中，有一段162bp的序列是TaGS1a基因特有的。通過對(duì)60 份小麥材料的TaGS1a基因的gDNA序列進(jìn)行比對(duì)分析，共發(fā)現(xiàn)11個(gè)位點(diǎn)變異，其中包括9個(gè)SNPs和2個(gè)InDels。對(duì)上述變異位點(diǎn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)TaGS1a基因共有2種單倍型，命名為Hap1和Hap2。根據(jù)1777bp 處的SNP多態(tài)性轉(zhuǎn)換為一種分子標(biāo)記：酶切擴(kuò)增多態(tài)性序列（Cleaved A