小麦Q基因

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小麦粒形相关性状QTL定位及其元分析

小麦粒形相关性状QTL定位及其元分析

小麦粒形相关性状QTL定位及其元分析小麦粒形相关性状QTL定位及其元分析1.引言小麦(Triticum aestivum L.)是世界上最重要的粮食作物之一,在全球范围内占据重要地位。

粒形是小麦农艺性状中的一个重要指标,既关系到小麦产量和品质,也与人类的生活密切相关。

因此,研究小麦粒形的相关性状QTL(Quantitative Trait Loci)定位对于进一步了解小麦的遗传背景和优化育种策略具有重要意义。

2.小麦粒形的相关性状粒形是小麦粒的外形特征,通常用长度(L)和宽度(W)表示。

相关性状的变异程度直接影响粒形的改良效果。

研究表明,小麦粒形的变异主要受到基因遗传的影响,其中部分基因会对粒形产生重要影响。

3.QTL定位的原理及方法QTL定位是指通过研究遗传图谱与表型数据的关系,确定控制某一性状的位置,找到该性状基因的区间。

QTL定位可以帮助我们更深入地了解遗传背景,并为育种提供重要的遗传信息。

常用的QTL定位方法包括关联分析、群体连锁分析和群体染色体替代线等。

4.小麦粒形相关性状QTL的定位研究近年来,许多研究利用不同的分子标记技术和定位方法,对小麦粒形相关性状QTL进行了研究。

这些研究主要集中在粒形的长度和宽度方面。

通过不同群体的遗传分析和地理分布,发现了一系列与小麦粒形相关性状QTL有关的基因或基因座位。

这些结果不仅为小麦粒形性状的遗传改良提供了重要的理论依据,同时也为小麦品种改良和优化提供了可供选择的遗传资源。

5.元分析在小麦粒形相关性状QTL定位研究中的应用元分析是一种以系统地搜集、汇总和分析不同研究结果的方法。

近年来,元分析在农业科研领域得到了广泛应用。

通过整合和分析已发表的小麦粒形相关性状QTL定位结果,元分析可以提供更准确、可靠的统计结果,帮助我们进一步了解小麦粒形性状的遗传机制和优化育种策略。

同时,元分析还可以发现潜在的研究偏倚,为相关研究的设计和结果解读提供指导。

6.结论小麦粒形相关性状是小麦育种中一个重要的农艺性状。

小麦GMP含量发育动态的QTL定位

小麦GMP含量发育动态的QTL定位
L iHu IWe- a・ ,YOU Mig S a I W e ,XU Je , L U C u - e ,L a . n ' a d L U G a gT a n - h n ,L U i i I h n L i IB o Yu n I u n . in
b e p e o w e t h mo o s. Ho e e . t e e  ̄s a c e w r al o u e o g n e p e s n t c r i e n m p d n h a c r a o s me w v r h s I e r h s e e l c s d n e e x r s i a a e t n f o a
b u ni t et i l u Q L . od t m n TJ rltdt u i h rce s c ,ic dn eG o t t ae yq atai ato s( T ) T a a yQ I a q at c aatr t s n l igt MPcne ,hv t v r c e se e o l y ii u h n
表 达 量 已 经 开 始 下 降 , 件 Q L仅 能 解 释 1 . %的 表 型 变 异 。 条 T 14 3
关 键 词 : 麦 ;RL群 体 ; M 小 I G P含 量 ; 育 动 态 ;Q L定位 发 T
中 图分 类 号 :¥ 1 52
QT a pn o e eo me tl e a iro M P C n e t n W h a L M p igfrD v lp na h vo fG B o tn e t i

要 : 用 小 麦 京 7 1 P 904杂 交 后 代 重 组 自交 系 ( I) 体 , 小 麦 谷 蛋 白大 聚合 体 ( M ) 量 发 育 动 态 进 行 利 7 和 m 73 RL群 对 G P含

小麦主要品质性状的QTL定位的开题报告

小麦主要品质性状的QTL定位的开题报告

小麦主要品质性状的QTL定位的开题报告
1. 研究背景和意义
小麦是我国的主要粮食作物之一,其主要品质性状如蛋白质含量、
品质指数、粘弹性等,直接影响到小麦制品的品质和营养价值。

因此,
研究小麦的品质性状,对于提高小麦的品质、增加农民的收益和满足人
民日益增长的对健康和营养的需求具有至关重要的意义。

2. 研究内容和方法
本文将采用QTL定位法,对小麦主要品质性状的QTL进行定位分析。

具体来说,我们将利用分子标记技术构建一个小麦品系群,通过遗传连
锁分析和相关统计分析技术,对小麦的蛋白质含量、品质指数和粘弹性
等品质性状的QTL进行定位分析。

3. 研究目的和意义
本研究的目的是探索小麦品质性状的遗传基础、了解小麦品质性状
的QTL定位情况,从而为小麦品质改良和育种提供科学依据,为我国小
麦产业的可持续发展和保障国家粮食安全做出贡献。

4. 研究预期成果和意义
本研究的预期成果是明确小麦主要品质性状的QTL定位情况,探究
小麦品质性状的遗传机制,为小麦品质的改良和育种提供科学依据。

此外,本研究还能够促进小麦种质资源的保护和优化利用,为我国小麦产
业的可持续发展作出贡献。

小麦穗部性状和株高的QTL定位及育种标记开发和验证

小麦穗部性状和株高的QTL定位及育种标记开发和验证

DOI: 10.3724/SP.J.1006.2022.11055小麦穗部性状和株高的QTL定位及育种标记开发和验证胡文静1,2,*李东升1裔新1,3张春梅1张勇1,2,*1江苏里下河地区农业科学研究所/ 农业农村部长江中下游小麦生物学与遗传育种重点实验室,江苏扬州225007;2 扬州大学/ 江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心/ 江苏省植物功能基因组学重点实验室,江苏扬州225009;3 淮阴师范学院/ 江苏省环洪泽湖生态农业生物技术重点实验室,江苏淮安223300摘要:穗部性状和株高是小麦育种的重要指标。

本研究以扬麦13 (Yangmai 13,简称YM13)和CIMMYT引进种质人工合成小麦衍生系C615为亲本构建重组自交系群体作为研究材料,基于小麦90K SNP芯片基因型数据,结合3个环境下表型结果,分别检测到1个每穗结实总小穗数、2个穗长、2个结实小穗着生密度和3个株高的位点。

其中,每穗结实总小穗数位点QSN.yaas-3B与株高位点QPH.yaas-3B处于同一位置,穗长位点QSL.yaas-5A、结实小穗着生密度位点QSC.yaas-5A和株高位点QPH.yaas-5A处于同一位置,穗长位点QSL.yaas-6A和结实小穗着生密度的位点QSC.yaas-6A处于同一位置。

比对结果显示QSN.yaas-3B/QPH.yaas-3B和QSL.yaas-6A/QSC.yaas-6A位点均未见报道。

进一步将QSL.yaas-5A/QSC.yaas-5A/ QPH.yaas-5A位点紧密连锁SNP标记转化为KASP标记QC615-5A-KASP,并在105份小麦品系中初步验证其育种效应。

研究结果可为小麦产量相关性状分子育种提供参考。

关键词:小麦;90K SNP;穗部性状;株高;QTL;KASP标记;标记辅助育种Molecular mapping and validation of quantitative trait loci for spike-related traits and plant height in wheatHU Wen-Jing1,2,*, LI Dong-Sheng1, YI Xin1,3, ZHANG Chun-Mei1, and ZHANG Yong1,2,*1 Lixiahe Institute of Agriculture Sciences, Key Laboratory of Wheat Biology and Genetic Improvement for Low & Middle Yangtze Valley, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Yangzhou 225007, Jiangsu, China;2 Jiangsu Co-Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops / Jiangsu Key Laboratory of Crop Genomics and Molecular Breeding , Yangzhou University, Yangzhou, Jiangsu 225009, China;3 Jiangsu Key Laboratory for Eco-agriculture Biotechnology around Hongze Lake, Huaiyin Normal University, Huaian, Jiangsu 223300, ChinaAbstract: Spike-related traits and plant height are important target traits in wheat breeding. In the present study, a population of 198 recombinant inbred lines (RILs) derived from the cross between a CIMMYT wheat line C615 and Yangmai 13 (YM13) was constructed, followed by genotyping with Wheat 90K SNP array and phenotyping of spike-related traits and plant height in three environments to excavate QTL (quantitative trait loci) for these traits. Using composite interval mapping method, we identified one QTL for total spikelet number per spike (TSS), two QTL for spike length (SL), two QTL for spikelet compactness (SC), and three QTL for plant height (PH). QSN.yaas-3B and QPH.yaas-3B overlapped on the chromosome 3B. QSL.yaas-5A, QSC.yaas-5A and QPH.yaas-5A overlapped on the chromosome 5A.QSL.yaas-6A and QSC.yaas-6A overlapped on the chromosome 6A.本研究由国家自然科学基金项目(31901544)和国家重点研发计划项目(2017YFD0100801, 2017YFD0101802)资助。

小麦抗病基因的鉴定与研究

小麦抗病基因的鉴定与研究

小麦抗病基因的鉴定与研究小麦是世界上最重要的粮食作物之一,在我国也占有重要的地位。

但是,在小麦的生长过程中,常常会出现各种病害,这些病害对小麦的生长发育和产量都会造成严重的影响。

因此,研究小麦抗病基因成为了当前农业科技研究领域的重要课题之一。

一、小麦抗病基因的鉴定小麦抗病基因的鉴定是当前研究的重点之一。

抗病基因是指在小麦生长过程中,能够发挥免疫作用,抵抗各种病害的基因。

研究人员通过遗传学和分子生物学等手段进行鉴定,以便更好地理解小麦抗病基因的作用机理,从而减少小麦生产中发生的病害造成的损失。

目前,已经鉴定出了很多与小麦抗病性相关的基因,如抗小麦白粉病基因QTL、抗小麦黑穗病基因LYHM、抗小麦赤霉病基因Bx17等。

这些基因的鉴定不但为小麦疾病防控提供了科学依据,同时还为人们研究小麦抗病性的形成机制提供了重要参考。

二、小麦抗病基因的研究进展随着现代科技的不断发展,小麦抗病基因的研究也取得了很大的进展。

以小麦白粉病为例,研究人员通过利用分子标记、序列分析和表达谱技术等手段,挖掘了与小麦白粉病抗性相关的基因和信号通路,并对其中部分基因进行了功能验证。

同时,研究人员还利用转基因技术对小麦进行了基因改良,通过将抗病基因导入小麦中,提高了小麦的抗病性。

这为小麦的抗病性改良提供了新思路和新途径。

三、小麦抗病基因的应用前景小麦抗病基因的研究不但能够促进小麦产业的发展,还对保障国家粮食安全具有重要意义。

未来,基于小麦抗病基因的研究将会在以下几个方面得到应用:1、基因指导育种。

研究人员可以通过基因鉴定和分析,筛选出与小麦抗病性相关的优秀品种和抗病基因,从而加速育种进程,提高小麦产量和质量。

2、基因改良。

通过导入抗病基因,改良小麦品种,提高其抗病性和抗逆性,逐步减少对农药的依赖,从而保障农业生产的持续发展。

3、探究抗病性形成机制。

通过对小麦抗病基因的鉴定和研究,可以深入探究小麦抗病性的形成机理,为抗病性育种和生物技术研究提供有力支撑和参考。

影响小麦营养品质的遗传因素分析

影响小麦营养品质的遗传因素分析

影响小麦营养品质的遗传因素分析小麦是世界上最主要的粮食作物之一,也是人们日常饮食不可或缺的主要来源之一。

小麦的营养品质是生产者和消费者所关心的一个重要指标,其受到遗传因素和环境因素的共同影响。

本文将着重探讨影响小麦营养品质的遗传因素。

影响小麦营养品质的遗传因素可以分为两大类:一是与质量相关的单个或少量基因,如面筋质量基因、色素基因等;二是与质量相关的多数基因,如蛋白质含量、淀粉品质等。

面筋质量基因面筋质量是面粉制作中重要的参数,在小麦品种培育中也是十分关注的遗传因素之一。

其中,影响面筋质量的基因主要有高分子量谷蛋白基因、酪氨酸基因、玉米相似基因等。

高分子量谷蛋白基因(HMW-GS)是影响小麦面筋质量的关键基因之一,其通过编码高分子量谷蛋白表达来影响小麦面筋强度和弹性。

而酪氨酸基因则编码酪氨酸蛋白,其也可以作为小麦面筋强度的指标之一。

除此之外,玉米相似基因也被发现可与面筋质量有关。

色素基因小麦的色素主要是指品质指标之一的色泽,包括色度和亮度两个方面。

影响小麦色度的主要基因有原花青素基因和原花青素甲基化酶基因。

小麦皮色主要是受到黄酮类化合物的影响,其中qPT6和qPT9是影响小麦皮色的关键基因。

蛋白质含量小麦的蛋白质是维持人体健康所必需的重要营养成分之一。

影响小麦蛋白质含量的基因有乙酰叶酸合成酶基因和乙酰化酶基因。

其中,乙酰叶酸合成酶基因编码的酶在小麦胚芽的形成过程中,起到了合成乙酰叶酸的作用,进而影响了小麦的蛋白质含量。

淀粉品质小麦淀粉是干粉状的淀粉,其质量对小麦加工的影响也很大。

淀粉品质通常包括淀粉含量和淀粉分子大小分布,影响淀粉品质的遗传因素主要是与淀粉合成酶基因有关。

例如,被普遍认为影响淀粉品质的基因有SSIIIa、GBSSI、waxy等。

总体而言,小麦的营养品质受到遗传因素和环境因素的共同影响。

在小麦品种育种中,应该注意对营养品质相关基因的分析,促进品种优化,提高小麦的营养品质。

小麦全基因组抗赤霉病QTL 关联位点特异性SSR 标记的筛选、等位变异及效应解析

小麦全基因组抗赤霉病QTL 关联位点特异性SSR 标记的筛选、等位变异及效应解析

生物技术进展2020年㊀第10卷㊀第3期㊀242~250CurrentBiotechnology㊀ISSN2095 ̄2341研究论文Articles㊀收稿日期:2020 ̄04 ̄05ꎻ接受日期:2020 ̄04 ̄22㊀基金项目:国家自然科学基金项目(31771772)ꎻ江苏省研究生科研与实践创新计划项目(KYCX19_2109)ꎮ㊀联系方式:吴迪E ̄mail:956671930@qq.comꎻ∗通信作者李韬E ̄mail:taoli@yzu.edu.cn小麦全基因组抗赤霉病QTL关联位点特异性SSR标记的筛选㊁等位变异及效应解析吴迪1ꎬ2ꎬ㊀郑彤1ꎬ㊀李磊1ꎬ㊀李韬1∗1.扬州大学农学院ꎬ植物功能基因组学教育部重点实验室ꎻ江苏省作物基因组学和分子育种重点实验室ꎻ江苏省作物遗传生理重点实验室ꎻ江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心ꎬ江苏扬州225009ꎻ2.江苏里下河地区农业科学研究所ꎬ农业农村部长江中下游小麦生物学与遗传育种重点实验室ꎬ江苏扬州225007摘㊀要:赤霉病是小麦主要的流行病害之一ꎮ借助标记辅助选择将不同数量性状基因座(quantitativetraitlociꎬQTL)聚合是防治赤霉病有效且环保的方法ꎬ可以从源头上控制赤霉病并降低籽粒中毒素含量ꎮ抗赤霉病QTL在小麦全基因组均有分布ꎬ但除了Fhb1㊁Fhb2等少数位点有比较可靠的鉴别标记ꎬ绝大部分位点缺乏有效的位点特异性鉴别标记ꎮ简单重复序列(simplesequencerepeatꎬSSR)标记多态性丰富ꎬ可以区分自然群体中不同等位变异ꎬ方便用于标记辅助育种ꎮ基于此ꎬ搜集了不同文献中报道的与赤霉病关联的SSR标记386个ꎬ并用这些标记构建全基因组赤霉病抗性QTL一致性图谱ꎬ接着对这些关联标记进行拷贝数分析ꎬ进而选择位点内的单拷贝SSR标记ꎬ将这些单拷贝标记在156个品种组成的自然群体中进行扩增ꎬ并与三季大田和三季温室环境下赤霉病抗性进行关联ꎬ筛选与赤霉病抗性关联的单拷贝SSR标记ꎬ明确这些标记在自然群体中的有效等位变异和效应ꎮ结果表明ꎬ共8个单拷贝SSR标记至少在两季试验中与表型显著关联(P<0.05)ꎬ涉及2B㊁2D㊁3B㊁5A㊁5B㊁6A㊁6D㊁7A染色体ꎬ有5个单拷贝标记位点存在有效等位变异ꎮ中国地方品种和日本品种携带更多的有利变异ꎬ且有利等位变异数目越多的品种赤霉病抗性越好ꎮ研究分析的QTL位点及其关联的单拷贝SSR标记可用于赤霉病抗病育种ꎬ有利于提高品种赤霉病抗性水平和育种效率ꎮ关键词:小麦赤霉病抗性ꎻ单拷贝SSR标记ꎻ关联分析ꎻ等位变异ꎻ效应解析DOI:10.19586/j.2095 ̄2341.2020.0042ScreeningLocus ̄specificSSRMarkersAssociatedwiththeQTLforScabResistanceinWheatandEvaluatingTheirAllelicVariationandGeneticEffects㊀WUDi1ꎬ2ꎬZHENGTong1ꎬLILei1ꎬLITao1∗1.KeyLaboratoryofPlantFunctionalGenomicsoftheMinistryofEducationꎻJiangsuKeyLaboratoryofCropGenomicsandMolecularBreedingꎻJiangsuKeyLaboratoryofCropGeneticsandPhysiologyꎻCollaborativeInnovationofModernCropsandFoodCropsinJiangsuꎬAgriculturalCollegeofYangzhouUniversityꎬJiangsuYangzhou225009ꎬChinaꎻ2.KeyLaboratoryofWheatBiologyandGeneticImprovementforLow&MiddleYangtzeValleyꎬMinistryofAgricultureandRuralAffairsꎬLixiaheInstituteofAgricultureSciencesꎬJiangsuYangzhou225007ꎬChinaAbstract:Fusariumheadblight(FHB)isoneofmajordiseasesinwheat.Stackingdifferentquantitativetraitloci(QTL)viamarker ̄assistedselectionisaneffectiveandenvironmentallyfriendlyapproachtocontrolthediseaseandtoreducethetoxincontentingrains.TheQTLforscabresistancehavebeenidentifiedthroughoutthewheatgenomeꎬhoweverꎬexceptforafewQTLꎬsuchasFhb1andFhb2ꎬmostoftheQTLlackefficientdiagnosticmarkers.simplesequencerepeat(SSR)markerisrichinpolymorphismꎬwhichcandifferentiatedifferentallelesinanaturalpopulationꎬandcanbeeasilyusedinmarkerassistedbreeding.Basedonthisꎬapanelof386SSRmarkersassociatedwithscabresistancewerecollectedfrompublishedliteraturesꎬwhichwerethenusedtoconstructconsistentgenomewideQTLmapsforscabresistance.Variationofcopynumbersforthese. All Rights Reserved.associatedmarkerswereanalyzedꎬandSSRmarkersofsinglecopywereselected.Thesesingle ̄copymarkerswerethenusedtogenotypeanaturalpopulationconsistingof156varietiesꎬandassociationofsinglemarkergenotypeswithphenotypicdatacollectedinfieldandgreenhouseenvironmentsforthreeseasonseachwereperformed.Theallelicvariationsandtheirgeneticeffectsofthosesingle ̄copySSRmarkerssignificantlyassociatedwithscabresistancewereanalyzed.Theresultsshowedthatatotalofeightsingle ̄copySSRmarkersweresignificantlycorrelatedwiththephenotypeinatleasttwoseasons(P<0.05)ꎬinvolvingchromosomes2Dꎬ2Bꎬ3Bꎬ5Aꎬ5Bꎬ6Aꎬ6Dand7Aꎬandfivesingle ̄copymarkershadeffectivealleles.ChinesewheatlandracesandJapanesevarietieshadmorefavorable(resistant)allelesꎬandthemorefavorableallelesthevarietieshadꎬthebettertheresistancetoscabwasobserved.TheseQTLlociandtheirlinkedsingle ̄copySSRmarkerscouldbeusedinwheatbreedingtoimprovethelevelofscabresistanceandbreedingefficiency.Keywords:wheatscabresistanceꎻsingle ̄copymarkersꎻassociationanalysisꎻallelicvariationꎻgeneticeffects㊀㊀小麦赤霉病(FusariumheadblightꎬFHB)是由镰刀菌(Fusariumgraminearumspeciescomplex)引起的在世界性范围内流行的一种破坏性病害[1]ꎬ通常发生在温暖潮湿和半潮湿麦区ꎬ在我国主要发生长江中下游和华南沿海冬麦区以及东北东部春麦区ꎬ危害面积600余万公顷ꎬ致病菌以禾谷镰刀菌为主[2 ̄3]ꎮ农业农村部最新农情调查显示ꎬ2019年发病面积约1千万公顷ꎮ赤霉病不仅可造成小麦减产高达10%~80%[4]ꎬ还会严重影响小麦品质和食用价值ꎬ若食物中脱氧腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenolꎬDON)毒素(因赤霉病而产生的一种毒素)含量超标会导致人畜中毒ꎮ培育抗病小麦品种是防控赤霉病大面积流行的最主要方法[5 ̄6]ꎮ许多研究表明小麦赤霉病抗性是由几个主效基因和一些修饰基因共同控制的数量遗传性状[7 ̄8]ꎮ分子标记辅助选择可在DNA水平针对抗赤霉病的基因或数量性状基因座(quantitativetraitlociꎬQTL)进行选择和聚合ꎬ提高抗病育种效率[9 ̄10]ꎮ随着分子辅助选择育种的兴起ꎬ根据研究的不断进展ꎬ研究人员开发了许多赤霉病抗性相关标记ꎮ目前主流的标记主要有单核苷酸多态性(singlenucleotidepolymorphismꎬSNP)标记和简单重复序列(simplesequencerepeatꎬSSR)标记ꎮSNP标记变异丰富ꎬ可高通量进行分析ꎬ在基因或QTL快速定位中有很好的优势[11]ꎬ其缺点是绝大部分SNP标记等位变异具有二态性ꎬ无法有效区分自然群体中的2个以上的等位变异ꎬ即便检测到真实的SNP等位变异ꎬ用到育种中往往需要转化成基于PCR的竞争性等位基因特异性PCR(kompetitiveallele ̄specificPCRꎬKASP)标记[12]或酶切扩增多态性序列(cleavedamplifiedpolymorphicsequences/derivedcleavedamplifiedpolymorphicsequencesꎬCAPs/dCAPs)标记[13]ꎬ且均需要额外的引物设计ꎬ增加成本ꎻSSR标记的缺点是通量低ꎬ但具有共显性㊁多态性高㊁数量丰富且易于检测等优点[14 ̄15]ꎬ可以区分自然群体中目标位点2个以上的等位变异ꎬ这点较SNP具有明显的优势ꎮ不论是SSR标记还是SNP标记ꎬ大部分标记中并不只存在于特定染色体的特定位置上ꎬ存在多拷贝现象ꎬ多拷贝的标记在染色体上的位置可能不同ꎬ其位置的复杂性会影响标记效应分析的准确程度ꎬ给分子标记辅助育种带来困扰和不确定性ꎮ由于小麦基因组和赤霉病抗性的双重复杂性ꎬ绝大部分控制赤霉病抗性的遗传定位停留在QTL水平ꎬQTL区段中具有较多的SSRꎬ因此ꎬ本研究首先基于小麦品种中国春参考序列(IWGSCRefSeqV1.0)[16]对小麦全基因组赤霉病抗性相关的SSR关联标记进行拷贝数分析ꎬ筛选位点特异的单拷贝SSR标记ꎬ旨在提高分子辅助选择育种的针对性和效率ꎮ此外ꎬ赤霉病抗性是多个位点控制的数量性状ꎬ已有研究表明ꎬ抗性品种仍可能携带感病基因ꎬ而感病品种也可能携带抗病变异ꎬ一个品种的赤霉病抗性表型是由有利等位变异和不利等位变异的数量和效应共同决定[17 ̄18]ꎮ为此ꎬ本研究在自然群体(由地方品种和育成品种组成)中对单拷贝SSR标记进行基因型分析ꎬ再将获得的基因型数据结合表型数据进行关联分析ꎬ筛选与表型显著关联的单拷贝SSR标记ꎬ接着计算关联显著标记位点上的等位变异ꎬ根据等位变异对抗性表型的贡献ꎬ将不同的等位变异分为有利(抗病)等位变异㊁不利(感病)等位变异以及中性(无效)等位变异ꎬ解析群体中不同品种的抗性组成ꎮ期望本研究可为赤霉病育种提供检测标记以及该标记位点上的有利等位变异ꎬ方便育342吴迪ꎬ等:小麦全基因组抗赤霉病QTL关联位点特异性SSR标记的筛选㊁等位变异及效应解析. All Rights Reserved.种家利用标记进行赤霉病辅助育种ꎬ提高育种效率ꎬ最终保障粮食安全ꎮ1㊀材料与方法1.1㊀试剂与仪器实验所用试剂:DNA提取试剂均购自扬州市宏泽生物有限公司ꎮPCR反应体系中的MgCl2㊁Buffer㊁dNTP㊁Taq酶均购自上海生工生物工程有限公司ꎬ引物设计来自南京擎科生物科技有限公司ꎮ实验所用仪器:2720PCR仪(美国Bio ̄Rad公司)ꎻ垂直电泳仪(北京六一生物科技有限公司)ꎻ离心机(德国Sigma公司)ꎮ1.2㊀植物材料和赤霉病接种鉴定由156个品种组成自然群体ꎬ包括40个中国地方品种㊁57个中国推广品种㊁25个美国品种㊁24个日本品种㊁10个其他国家品种ꎮ将该群体连续三季分别在大田(分别命名为F1㊁F2㊁F3)和温室(分别命名为G1㊁G2㊁G3)中种植ꎮ在小麦扬花期ꎬ采用单花滴注法接种Fg65菌系ꎬ接种的孢子浓度为4ˑ105个 mL-1ꎬ接至倒数第3个小穗单侧的小花上ꎬ每个小花注射量为10μLꎮ接种21d后鉴定病小穗率(percentageofsymptomaticspikeletsꎬPSS)ꎬ病小穗率=感染小穗数/总小穗数ꎮ接种小穗有明显感病症状并且病菌成功侵染穗轴(穗轴变褐色)ꎬ接种即成功ꎮ通过计算病小穗率来判断赤霉病的严重程度ꎮ这些品种基于赤霉病的严重程度分为4个等级:高抗(0<PSSɤ0.25)㊁中抗(0.25<PSSɤ0.50)㊁中感(0.50<PSSɤ0.75)㊁高感(0.75<PSSɤ1.00)ꎮ1.3㊀赤霉病抗性相关分子标记及其引物序列查找由于小麦赤霉病抗性相关QTL在全基因组均有分布ꎬ根据已发表的文献[19 ̄33]ꎬ统计了小麦21条染色体上分布的赤霉病抗性相关SSR标记共386个ꎬ并利用GrainGenes(http://wheat.pw.usda.gov)得到386个标记的引物序列ꎬ同时分析了这些标记在染色体上的位置和标记区间等信息ꎮ1.4㊀本地化数据库系统的构建及使用构建数据提取系统用Perl语言平台ꎬ版本为ActivePerl5.14.2(http://www.activestate.com/ac ̄tiveperl)ꎬ语言模块选择BioPerl(http://www.bio ̄perl.org)ꎬ包括获取数据㊁分析序列㊁比对序列㊁数据挖掘等[34 ̄35]ꎮ本地化BLAST软件从NCBI网站(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/cgi)下载安装[36]ꎮ用for ̄matdb格式化FASTA格式的序列文件ꎬ按照BLAST系统要求建立数据库ꎮ1.5㊀e ̄PCR的模拟扩增本研究所使用的是NCBI网站上e ̄PCR程序ꎬ参数设置如下:字长为9ꎬ不连续字长为1ꎬ命中产物最大允许偏差为100ꎬ最大允许错配和最大允许插入缺失为1ꎮ参数设置完毕后ꎬ根据统计的386个小麦全基因组抗赤霉病相关标记的序列ꎬ进行e ̄PCRꎬ根据结果得到标记所在的物理位置ꎬ与参考组比对ꎬ有且只能匹配1个位点的标记ꎬ即单拷贝标记ꎮ1.6㊀基因型分析以小麦幼苗叶片为提取材料ꎬ采用CTAB法[37]提取试验品种的基因组DNAꎮ利用抗性相关的386个SSR标记进行PCR检测[38]ꎮ反应体系(20μL)为:模板DNA2μLꎬ10ˑMgCl21.8μLꎬ10ˑTransBuffer2μLꎬdNTP0.4μLꎬ前引物0.4μLꎬ后引物0.4μLꎬTaq酶0.2μLꎬ加双蒸水定容至20μLꎮ反应程序为:95ħ预变性3minꎻ95ħ变性1minꎬ60ħ退火(退火温度根据不同的引物有所不同)30sꎬ72ħ延伸45s(延伸时间根据片段长度有所不同)ꎬ共35个循环ꎻ72ħ再延伸5minꎮPCR反应结束后ꎬ取15μLPCR产物进行聚丙烯酰胺凝胶电泳ꎬ记录基因型数据ꎮ1.7㊀数据分析群体结构由STRUCTURE2.3.4来确定ꎮTASSELV4.3.1用于鉴别病小穗率关联显著标记ꎬ使用混合线性模型y=Xβ+Qv+Zu+Ew[38]ꎬ其中ꎬX为基因型数据ꎬβ为效应值ꎬQ为群体结构ꎬv为固体效应值ꎬZ为亲缘关系ꎬu为随机效应值ꎬE为残差ꎬw为残差效应值ꎮ等位变异效应值(NAV)计算使用pi=ðxij/ni-xꎬ其中ꎬpi表示第i个等位变异表型效应ꎬxij表示第j个携带第i个等位变异品种的病小穗率ꎬni表示携带第i个等位变异的品种数量ꎬx是标记位点上携带不同等位变异品种病小穗率的总平均值ꎮ等位变异效442生物技术进展CurrentBiotechnology. All Rights Reserved.应分析参照Li等[17]文章中分析方法ꎮ在α=0.05条件下ꎬ有利等位变异组合之间的多重比较使用Turkey法ꎬ由Matlab软件实现ꎮ2㊀结果与分析2.1㊀SSR标记在QTL位点上的分布通过文献搜索[19 ̄33]和本地数据库数据绘制了基于SSR标记的小麦赤霉病抗性QTL图谱ꎬ386个赤霉病抗性相关SSR标记在小麦21条染色体上均有分布ꎬ将这些标记分为多拷贝和单拷贝标记ꎬ其在QTL位点上的相对位置以及其抗性区间如图1所示ꎮ这些单拷贝标记可作为目标QTL基因型分析和标记辅助选择的首选标记ꎮ2.2㊀自然群体赤霉病的表型差异为了验证标记在自然群体中的效应ꎬ对大田和温室各三季田间试验进行表型鉴定ꎬ统计了赤霉病PSSꎬ基于这些表型数据的分析ꎬ将品种分为高抗品种㊁中抗品种㊁中感品种和高感品种ꎮ图2和图3分别为温室和大田环境下品种抗感分布堆积图ꎮ如图2所示ꎬ本实验选取的156个品种在温室环境下ꎬ中国的地方品种的赤霉病抗性优于推广品种ꎬ而日本品种的抗性普遍较好ꎬ美国品种的抗性比较一般ꎮ542吴迪ꎬ等:小麦全基因组抗赤霉病QTL关联位点特异性SSR标记的筛选㊁等位变异及效应解析. All Rights Reserved.注:黑色实心部分代表抗性相关QTLꎻ斜体加粗为单拷贝标记ꎻ其他为多拷贝标记ꎮ图1㊀小麦全基因组赤霉病抗性QTL区间㊁关联的SSR标记及其拷贝数Fig.1㊀GenomwideQTLintervalsforwheatscabresistanceꎬassociatedSSRmarkersandtheircopynumber㊀㊀在三季大田试验中(如图3所示)ꎬ中国地方品种在高感㊁中感㊁中抗㊁高抗中分布的频率分别是0.125㊁0.3㊁0.25㊁0.325ꎻ中国推广品种分布的频率为0.2㊁0.36㊁0.32㊁0.12ꎻ日本品种分布的频率为0 04㊁0.21㊁0.25㊁0.5ꎻ美国品种分布的频率为0.24㊁0.4㊁0.24㊁0.12ꎮ根据大田试验各国家地区品种的表型分析ꎬ本研究得到与温室试验相同的结论ꎬ即在中国品种中ꎬ地方品种的赤霉病抗性优于推广品种ꎬ而大部分日本品种都能达到中抗或者高抗水平ꎬ美国品种抗性较为一般ꎮ2.3㊀显著关联的位点特异性SSR标记利用筛选出的分布在小麦21条染色体上的单拷贝SSR标记在自然群体中进行检测ꎬ分别结合大田和温室共六季的病小穗率以及病小穗率平均值进行关联分析ꎬ当P<0.05即为显著关联标记ꎮ根据关联分析结果(表1)可知ꎬ共有8个单拷贝标记在超过两季试验中出现且与表型显著关642生物技术进展CurrentBiotechnology. All Rights Reserved.图2㊀三季温室试验赤霉病病小穗率分布图Fig.2㊀Frequenciesofphenotypicdistributionsofseverityforthreeseasonsingreenhouse图3㊀三季大田试验赤霉病病小穗率分布图Fig.3㊀Frequenciesofphenotypicdistributionsofseverityforthreeseasonsinfield表1㊀关联显著的单拷贝标记在各季的表型解释率Table1㊀Phenotypicvarianceexplainedbysingle ̄copySSRmarkerssignificantlycorrelatedwithFHBineachseason标记名称染色体表型解释率(R2)2016(G1)2017(G2)2018(G3)2016(F1)2017(F2)2018(F3)平均值gwm1572D0.1280.155ns0.162ns0.1200.168barc1175Ansns0.142nsnsns0.135wmc3635Bns0.113ns0.095ns0.088nsgwm3346Ans0.066ns0.077nsnsnsbarc1966Dnsnsns0.0700.071ns0.065wmc4772Bnsnsns0.0970.0850.122nsgwm5333Bnsns0.0930.084nsnsnswmc4797Ansnsns0.053nsns0.082㊀注:G1㊁G2㊁G3表示温室鉴定ꎬF1㊁F2㊁F3为大田鉴定ꎻns表示标记未与当前季表型关联(P>0.05)ꎮ742吴迪ꎬ等:小麦全基因组抗赤霉病QTL关联位点特异性SSR标记的筛选㊁等位变异及效应解析. All Rights Reserved.联ꎮ其中ꎬ单拷贝标记gwm157㊁wmc363㊁gwm334㊁gwm533在大田和温室环境下都与表型显著关联ꎬ说明这类标记位点上的效应受环境影响较小ꎮ而标记barc117只在温室环境下与表型关联显著ꎬ标记barc196㊁wmc477㊁wmc479只在大田环境下与表型关联显著ꎬ说明此类标记位点上的效应可能受到环境因素的制约ꎮ2.4㊀位点特异性显著关联SSR标记位点上等位变异的分布为了计算关联显著标记位点上的等位变异ꎬ首先要确定等位变异是否有效ꎮ当T的绝对值小于2时ꎬ认为该等位变异为无效等位变异ꎻ当T的绝对值大于2时ꎬ认为该等位变异为有效等位变异ꎮ有效等位变异分为有利和不利等位变异ꎮ当T值小于0时ꎬ为有利等位变异ꎻ当T值大于0时ꎬ为不利等位变异(表2)ꎮ在8个重复性较好的单拷贝关联显著的标记中ꎬ有5个标记存在8个有效等位变异ꎬ包括3个有利等位变异和5个不利等位变异ꎮ如表3所示ꎬ2个标记位点上(wmc477㊁barc117)同时存在有利和不利等位变异ꎬ5B染色体上标记wmc363存在2个不利等位变异ꎮ如表2所示ꎬ含有利等位变异数量较多的品种赤霉病抗性基本到达中抗水平ꎬ含不利等位变异数量较多的品种都达到中感ꎬ大部分高感ꎮ表2㊀关联标记的等位变异Table2㊀Allelicvariationsoftheassociatedmarkers标记名称染色体拷贝数等位变异/bp品种数效应值平均病小穗率抗感T值wmc4772B1180130.07130.5341R1.043718218-0.18710.2757R-3.222918430-0.07380.3890S-1.6409186780.06700.5298S2.4037gwm5333B1133620.10110.5639S3.194713520.12920.5920S0.7331barc1175A1235410.11130.5741S2.8448239106-0.04910.4137R-2.01982424-0.09530.3675R-0.7613wmc3635B113530.30530.7681S2.04961379-0.04350.4193R-0.5060139134-0.00940.4534R-0.423314150.24490.7077S2.1228wmc4797A119260.09000.5528S0.8805197160.06170.5245S0.986321544-0.08640.3764R-2.2884217110.07870.5415S1.042422620.04720.5100S0.26642288-0.03540.4273R-0.4004㊀注:下划线为有效等位变异ꎻR表示抗病等位变异ꎻS表示感病等位变异ꎮ2.5㊀特异性标记位点上携带不同有利等位变异品种的病小穗率差异为了解析群体中不同品种的抗性组成ꎬ分析各品种中有利等位变异的分布情况以及病小穗率情况ꎮ由表2可知ꎬ在本研究中ꎬ共3个单拷贝标记位点上存在有利等位变异ꎬ分别为wmc477㊁barc117㊁wmc479ꎮ如表3所示ꎬ在中国地方品种和日本品种中携带较多有利等位变异ꎬ而中国地方品种与日本品种在六季表型试验中赤霉病抗性表现也是最好的ꎮ3个单拷贝标记上共含有3个有利等位变异位点ꎬ在156个品种中ꎬ52个品种含有1个有利等位变异ꎬ这些品种平均病小穗率达到0.538ꎻ29个品种含有2个有利等位变异ꎬ平均病小穗率达到0.436ꎻ19个品种含有3个有利等位变异ꎬ平均病小穗率达到0.377ꎮ这说明含有有利等位变异的数量越多ꎬ品种的抗性越好ꎮ842生物技术进展CurrentBiotechnology. All Rights Reserved.表3㊀有利等位变异在品种的分布Table3㊀Distributionsofthefavorableallellesinvarietiesfromdifferentsources标记名称染色体有利等位变异/bp品种来源中国(地方)中国(推广)日本美国其他品种数/个频率/%wmc4772B182818101811.5barc1175A2393237259310667.9wmc4797A2152911310440.283㊀讨论赤霉病已成为影响我国小麦安全生产的主要病害之一ꎬ对赤霉病抗性基因/QTL进行定位ꎬ并挖掘关联的鉴别标记ꎬ对培育赤霉病抗性品种无疑具有重要的意义ꎮ单拷贝标记在基因定位㊁单倍型分析和标记辅助选择方面具有重要的优势ꎮ本研究首先从已发表的文献中搜集与赤霉病抗性关联的SSR标记ꎬ进一步对这些标记的拷贝数进行分析ꎬ筛选单拷贝标记ꎬ利用这些单拷贝标记对自然群体进行分型分析ꎬ结合多季的抗病表型鉴定ꎬ筛选出与赤霉病抗性QTL位点关联的8个单拷贝标记ꎬ解析了这些标记的有效等位变异及其品种分布ꎬ发现品种的抗性明显受环境因素的影响外ꎬ不同QTL位点上有利等位变异和不利等位变异的数目和效应共同决定品种的赤霉病抗性ꎮ品种中含有利等位变异越多ꎬ品种的抗性越好ꎮ因此ꎬ在提高育成品种抗性的过程中ꎬ在引入有利等位变异的同时剔除其他位点上的不利等位变异ꎬ预期可以大大提升品种的抗性水平并提高育种效率ꎮ本研究鉴定的QTL位点㊁关联的单拷贝SSR标记㊁有效等位变异以及载体品种可用于赤霉病抗性改良ꎮ但不足之处在于目前与赤霉病关联的已知单拷贝SSR标记数量偏少ꎬ可能是导致定位出的位点数偏少的原因之一ꎮ随着小麦参考组基因的完善和更多小麦近缘种的测序ꎬ可以挖掘更多单拷贝SSR标记ꎬ同时结合赤霉病表型精准鉴定ꎬ预期可以提高主效QTL的检出数目㊁缩小QTL区间㊁准确评估QTL及等位变异的效应ꎬ有利于进一步提高标记辅助选择的准确度㊁提高育种效率和提升品种的抗性水平ꎬ最终有利于降低赤霉病危害ꎬ保障小麦安全生产以及粮食安全ꎮ参㊀考㊀文㊀献[1]㊀BAIGꎬSHANERG.ManagementandresistanceinwheatandbarleytoFusariumheadblight[J].Annu.Rev.Phytopathol.ꎬ2004ꎬ4(2):135-161.[2]㊀WONGLSLꎬABRAMSONDꎬTEKAUZAꎬetal..StudyonpathogenicityofFusariumspeciescausingwheatheadblightdiseaseandevaluationofresistancetodiseaseincommercialwheatcultivarsinNorthofIran[J].J.PlantPathol.ꎬ2012ꎬ145(4):797-814.[3]㊀BAIGꎬSHANERG.Scabofwheat:prospectsofcontrol[J].PlantDis.ꎬ1994ꎬ78(8):760-766.[4]㊀管章玲.小麦赤霉病的微生物防治研究进展[J].江苏农业科学ꎬ2012ꎬ40(2):94-96.[5]㊀KOLLERSSꎬRODEMANNBꎬLINGJꎬetal..WholegenomeassociationmappingofFusariumheadblightresistanceineuro ̄peanwinterwheat(TriticumaestivumL.)[J/OL].PLoSONEꎬ2013ꎬ8(2):e57500[2020-04-25].https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23451238.DOI:10.1371/journal.pone.0057500.[6]㊀KHANMKꎬPANDEYAꎬATHARTꎬetal..Fusariumheadblightinwheat:contemporarystatusandmolecularapproaches[J/OL].3Biotechꎬ2020ꎬ10(4):172[2020-04-25].ht ̄tps://doi.org/10.1007/s13205-020-2158-x.[7]㊀BUERSTMAYRMꎬSTEINERBꎬBUERSTMAYRH.BreedingforFusariumheadblightresistanceinwheat:progressandchallenges[J/OL].PlantBreed.ꎬ2019:12797[2020-04-25].https://doi.org/10.1111/pbr.12797.[8]㊀郑彤ꎬ袁敏敏ꎬ花辰ꎬ等.小麦TaLEA3基因家族的全基因组鉴定及其响应赤霉病的表达模式分析[J].生物技术进展ꎬ2019ꎬ9(4):357-368.[9]㊀ZHUZꎬHAOYꎬMERGOUMMꎬetal..BreedingwheatforresistancetoFusariumheadblightintheGlobalNorth:ChinaꎬUSAꎬandCanada[J].CropJ.ꎬ2019ꎬ7(6):730-738.[10]㊀STEINERBꎬBUERSTMAYRMꎬMICHELSꎬetal..BreedingstrategiesandadvancesinlineselectionforFusariumheadblightresistanceinwheat[J].Trop.PlantPathol.ꎬ2017ꎬ42(3):165-174.[11]㊀MAMMADOVJꎬAGGARWALRꎬBUYYARAPURꎬetal..SNPmarkersandtheirimpactonplantbreeding[J/OL].Int.J.PlantGenomicsꎬ2012:728398[2020-04-25].https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3536327/.DOI:10.1155/2012/728398.[12]㊀RASHEEDAꎬWENWꎬGAOFꎬetal..Developmentandval ̄idationofKASPassaysforgenesunderpinningkeyeconomic942吴迪ꎬ等:小麦全基因组抗赤霉病QTL关联位点特异性SSR标记的筛选㊁等位变异及效应解析. 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小麦基因组学的研究进展

小麦基因组学的研究进展

小麦基因组学的研究进展小麦是全球重要的粮食作物之一,对于保障全球粮食安全发挥了重要作用。

小麦基因组学的研究,则为小麦育种和生产提供了重要的理论和技术支持,成为现代农业的重要方向之一。

本文将对小麦基因组学的研究进展进行探讨。

一、小麦基因组的测序小麦基因组的测序是小麦基因组学的重要组成部分,也是小麦基因组学发展的重要里程碑。

小麦基因组的测序主要包括两个方面,一个是小麦的芯片测序,另一个是小麦的全基因组测序。

目前,小麦芯片测序已经相对成熟。

芯片技术可以同时检测小麦的几千万个位点,为小麦遗传基础的研究提供了强有力的技术手段。

另一个是小麦的全基因组测序。

2001年,国际小麦基因组组织启动了全球性的小麦基因组计划。

经过多年的努力,2018年,国际小麦基因组计划宣布实现了小麦比较完整的全基因组测序,该测序覆盖了小麦的17条染色体,包括了98%以上的小麦基因组。

小麦基因组的测序为小麦基因组学的深入研究提供了资料基础。

二、小麦功能基因组学的研究小麦是经济作物之一,其抗逆性和品质等性状都是决定其生产价值的重要因素。

而小麦的性状表现则受到多种基因的综合影响,这就需要对小麦的功能基因组学研究进行深入。

小麦的功能基因组学主要包括三个方面。

一是小麦基因表达谱的解析;二是小麦基因功能的研究;三是小麦基因调控网络的分析。

通过这些研究,人们逐步揭示了小麦基因功能的多样性和信号传递机制。

这对小麦抗逆、品质改良等方面的研究,以及小麦新品种选育等具有重要意义。

三、小麦基因转化及基因编辑技术的研究小麦基因转化和基因编辑技术是小麦基因组学的另一个重要组成部分。

目前,小麦基因转化的主要方法有农杆菌介导转化、生物弹道转化、电穿孔等。

通过这些技术可以使小麦中具有重要生理功能的基因进行定向调整,促进小麦的抗逆、品质改良等方面的发展。

与之类似,基因编辑技术同样为小麦的基因调控带来了新的希望。

它可以使基因进行更为精准的调整,甚至可以进行特异性修剪和替换。

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Dosage effect of q on spike morphology in CS background:
plants disomic,trisomic and tetrasomic for spelt 5A had speltoid spikes but plants pentasomic for the spelt 5A chromosome had square spikes
Endo and Gill (1996) created deletion lines 5AL-23 and 5AL-7
Faris and Gill 2002
XksuP16 Q :0.7cM
Faris et al. 2003
T. monococcum BAC
contig spanning the Q locus led to the identification of a gene with similarity to the AP2 gene A molecular marker for the AP2-like gene cosegregated with Q in 930 gametes and was considered a likely candidate.
T. turgidum ssp. dicoccum
Dosage effect of Q on spike morphology in CS background:
plants nullisomic,monosomic,disomic,trisomic and tetrasomic for 5A had speltoid,semispeltoid, square, subcompactoid, and compactoid spikes, respectively.
Speaker:Wang Yuting
Triticum aestivum ssp. aestivum T. aestivum ssp. macha T. aestivum ssp.yunnanense King T. turgidum ssp. durum
(LDN)
Square spike vs Speltoid spike Q gene Vs q gene
10 exons 9 introns CDS:1344bp 447 AA
It is not known which AB tetraploid (qq or QQ genotype) was involved in the hybridization with Ae. tauschii (D genome) And, with regard to Q, it has been a matter of speculation whether it first arose in the tetraploid progenitor of hexaploid wheat, or if it arose independently in hexaploids and tetraploids. Our results indicate that the mutation that gave rise to the Q allele occurred only once. However, we cannot conclude whether it first arose in a tetraploid or a hexaploid. the archaeological record indicates remnants of free-threshing tetraploid and hexaploid wheats appear about the same time, and about a thousand years earlier than spelt wheats suggesting that neither Iranian spelta nor European spelta are progenitors of free-threshing hexaploid wheat. It is possible that the Q allele arose first in a Q-tetraploid similar to present day T. turgidum spp. or the extinct tetraploid naked wheat T. turgidum ssp. parvicoccum, which then hybridized with Ae. tauschii in some farmer’s field to give rise to the first hexaploid. Alternatively, the Q allele may have occurred first in a hexaploid, and the present day Q-bearing tetraploids are a result of secondary hybridizations with Q-bearing hexaploids. In any case, the mutation that gave rise to the Q allele was a prominent factor in the dawn of agriculture, and it led to the rapid spread of wheat cultivation.
Results
1. 2. and validation of Q Structural comparison of Q and q alleles: Transcription analysis: Yeast two-hybrid analysis: Genetic transformation and investigation of Q dosage effects: Phylogenetic analysis
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