節(jié)節(jié)麥形態(tài)學性狀和苗期耐低磷相關性狀的全基因組關聯分析.pdf

1、節(jié)節(jié)麥(Aegilops tauschii)是普通小麥的祖先種之一、D染色體組的供體種。自然界所具有的眾多節(jié)節(jié)麥居群中存在著大量的、現有普通小麥所不具有的優(yōu)良基因，如抗病基因、抗蟲基因和抗逆基因等，是普通小麥改良的寶貴資源。節(jié)節(jié)麥具有明顯不同于普通小麥的形態(tài)學特征，其形態(tài)學遺傳多樣性遠比普通小麥豐富，并且節(jié)節(jié)麥是普通小麥的二級基因源，因此，節(jié)節(jié)麥是拓寬普通小麥遺傳基礎、改良普通小麥遺傳背景的理想近緣物種，而全面系統地研究節(jié)節(jié)麥的形態(tài)學遺

2、傳多樣性有利于充分、有效和合理地利用這些有價值的資源。另外，節(jié)節(jié)麥因其含有豐富的抗逆基因并且容易轉移到普通小麥中去而成為較理想的改良小麥耐低磷特性的近緣物種，然而，國內外對節(jié)節(jié)麥耐低磷基因型的篩選、鑒定和利用的研究較少，其豐富而優(yōu)良的耐低磷基因有待發(fā)掘利用。本研究以不同來源地的節(jié)節(jié)麥自然群體為材料，對田間調查的節(jié)節(jié)麥的29個形態(tài)學性狀作出了系統評價，并使用液培法在溫室內篩選出耐低磷的節(jié)節(jié)麥基因型;此外，利用覆蓋節(jié)節(jié)麥全基因組的10K S

3、NP芯片進行關聯分析，鑒定出了影響節(jié)節(jié)麥形態(tài)學性狀的顯著SNP位點和與節(jié)節(jié)麥耐低磷性狀相關的顯著SNP位點，并通過公共數據庫預測了部分候選基因。主要研究結果如下:
　　1.對322份節(jié)節(jié)麥自然群體進行兩年29個形態(tài)學性狀的調查統計，方差分析表明該自然群體存在顯著的遺傳變異。遺傳率分析表明穎殼寬一和穎殼寬二的遺傳率最高(0.94)而葉片數的遺傳率最低(0.27)，其余形態(tài)學性狀具有中等遺傳率估計值。相關分析表明:同一性狀在年份間均達

4、到極顯著相關(P＜0.01)，不同性狀間的相關性以穎殼寬一和穎殼寬二最高（r=0.891**），芒長二、小穗寬、穎殼高一、穎殼高二、外稃寬一、外稃寬二、內稃長二、內稃寬一和內稃寬二分別與其它所有性狀都顯著相關(P＜0.05)。判別函數分析表明依據形態(tài)學性狀對節(jié)節(jié)麥進行分類與依據基因型對節(jié)節(jié)麥進行分類的一致率為90.4％。聚類分析表明通過形態(tài)學性狀可將節(jié)節(jié)麥分為4大類。這說明節(jié)節(jié)麥依據表型的分類與依據基因型的分類并不完全一致，也與節(jié)節(jié)麥的

5、地理來源沒有直接的聯系。
　　2.利用覆蓋節(jié)節(jié)麥全基因組的7185個SNP標記進行29個形態(tài)學性狀的全基因組關聯分析，結果表明:在顯著水平-lg(p)≥3.84下，一般線性模型檢測到12444個顯著關聯的SNP標記，混合線性模型檢測到28個顯著關聯的SNP標記，這些顯著SNP所能解釋的表型變異在2.04％-9.35％范圍內。兩種模型檢測一致的SNP標記數為15個，與10個形態(tài)學性狀相關，這些顯著一致的SNP標記分布在除1D以外的其

6、余6條染色體上。
　　3.使用兩種模型下檢測一致的15個顯著SNP標記進行形態(tài)學性狀相關候選基因的預測，利用公共數據庫進行序列比對，結果一共預測了21個影響形態(tài)學性狀的候選基因。這些候選基因按照功能可分為4類:第1類編碼多種酶，包括AXAH3、ZCCT2、ZCCT1等;第2類編碼激素響應蛋白，包括Aux/IAA family protein gene、ERF1;第3類編碼調控元件，包括1J9.1、1J9.2和Rht-D1b;第4類

7、編碼轉位因子，包括116F2、115G1基因。
　　4.對380份節(jié)節(jié)麥自然群體進行低磷和正常供磷條件下的水培試驗，方差分析表明所測性狀都受到供磷水平的顯著影響。不同性狀間的遺傳率估計存在明顯差異，其中生物量相關性狀有較高的遺傳率估計值。主成分分析和多元線性回歸分析表明根干重、地上部干重和總干重是篩選耐低磷基因型時應優(yōu)先考慮的指標。通過耐低磷指數和綜合得分可將全部節(jié)節(jié)麥分為三類:耐低磷基因型(17％)、中間型(58％)和磷敏感型(

8、25％);其中，來自中國、土耳其、烏茲別克斯坦和阿塞拜疆的節(jié)節(jié)麥具有較高的耐低磷能力。在63份耐低磷基因型中，最耐低磷的5份節(jié)節(jié)麥依次是:AS623282、AS623011、AS623285-1、AS623305和AS623020，通過比較耐低磷指數和綜合得分發(fā)現，這5份節(jié)節(jié)麥比六倍體小麥中國春和川農16、四倍體小麥AS2255和AS313具有更高的耐低磷能力，其可用作今后改良小麥耐低磷特性的寶貴資源。
　　5.利用覆蓋節(jié)節(jié)麥全基

9、因組的7185個SNP標記進行10個耐低磷相關性狀的全基因組關聯分析，結果表明:在顯著水平-lg(p)≥3.84下，一般線性模型檢測到149個顯著關聯的SNP標記，混合線性模型檢測到40個顯著關聯的SNP標記，這些顯著SNP所能解釋的表型變異在4.183％-8.265％范圍內。兩種模型檢測一致的SNP標記數為25個，與6個耐低磷性狀相關，這些一致顯著的SNP標記分布在節(jié)節(jié)麥的所有7條染色體上。
　　6.使用兩種模型下檢測一致的25

10、個顯著SNP標記進行耐低磷相關候選基因的預測，利用公共數據庫進行序列比對，結果一共預測了26個耐低磷相關的候選基因，這些基因按照功能可大致分為6類:第1類基因編碼防御響應蛋白，包括putative alliin lyase gene和Pm3;第2類基因編碼許多生化途徑的酶，包括CKX2.4、CKX2.5、PMM-D1、Acc-1、Acc-2、LR34和cytochrome P450;第3類基因編碼轉錄因子和啟動子，包括WM4、WM5A、