小麦高密度遗传连锁图谱构建及株高QTL解析

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株高是小麦的重要农艺性状。二十世纪七十年代“绿色革命”以来,矮秆基因的发掘一直备受关注。本研究利用Affymetrix wheat660K SNP芯片扫描科农9204(KN9204)和京411(J411)构建的重组近交系群体(KJ-RILs),绘制了高密度遗传连锁图谱,并利用该图谱对株高进行QTL解析。主要结果如下:  1.构建了一个包括119,566个标记、总遗传距离为4424.4cM的高密度遗传连锁图谱,其中119,001个标记是来自Affymetrix wheat660K SNP芯片的SNP标记。本图谱与国际小麦基因组测序协会释放的中国春contigs、中国春全基因组组装序列、Wheat90K及Wheat820K SNP芯片构建的整合图谱共线性关系较好,证明了本遗传连锁图谱是准确、可靠的。利用比较基因组学分析发现,本遗传图谱与其他禾本科植物,如二穗短柄草、水稻、玉米和高粱等的基因组间存在小区域共线性,为开展基因精细定位和克隆奠定基础。  2.以本遗传连锁图谱为基础,在高、低氮条件共12个环境中检测到分布于1D、2B、3A、3D、4B、5A和6B染色体上的8个株高加性QTL,其中qPh-3A、qPh-3D、qPh-4B、qPh-5A.1和qPh-6B为稳定QTL。对株高不同发育时期和株高不同组成部位进行QTL分析,发现qPh-3A主要通过在孕穗期至抽穗期调节穗长、第一节间长及第五节间长来控制株高;qPh-3D在孕穗期至抽穗期调节第一至第五节间长来控制株高;qPh-4B主要在抽穗期前调节第一至第四节间长来控制株高;qPh-5A,1主要在抽穗期前调节第二至第四节间长来控制株高;qPh-6B主要在孕穗期以后调节第一节间长和穗颈长来控制株高。  3.供氮条件对株高有显著影响。将高、低氮条件下株高的差值进行QTL检测,共定位到9个加性株高差异QTL。其中,Phdv-4B、qPhdv-5A.1和qPhdv-6B能稳定检测到,且分别与qPh-4B、qPh-5A.1和qPh-6B共定位。说明来自KN9204的等位基因在降低株高的同时也缩小不同供氮条件下的株高差异,为选育低氮耐受性品种提供了参考。  4.利用协方差分析五个主效株高QTL对产量的影响发现,除qPh-3A外,其余四个主效QTL,即qPh-3D、qPh-4B、qPh-5A.1和qPh-6B对千粒重和单株产量均有影响,而且降低株高的等位基因也降低千粒重和单株产量。未发现上述QTL对单株穗数和穗粒数有影响。  5.比较基因组分析结果显示,qPh-3A、qPh-3D、qPh-4B、qPh-5A.1和qPh-6B置信区间分别与水稻第1、1、3、9和2号染色体部分区段存在共线性,而且水稻3号染色体上与Rht-B1同源的SLR基因恰好位于qPh-4B对应的区间。经同源克隆,分别从KN9204和J411中得到Rht-B1b和Rht-B1a。Rht-B1b的分子标记也被定位于qPh-4B峰值附近。以上结果证明,Rht-B1b是qPh-4B中的矮秆基因。  6.构建了qPh-6B靶区段的含有1,289个标记的高密度遗传连锁图谱及近等基因系。qPh-6B靶区间对应中国春6B染色体组装序列150.845Mb-657.089Mb区段,结合qPh-6B控制的穗颈长和第一节间长的定位结果,初步认为Rht-6B位于中国春6B染色体组装序列623.382Mb-652.882Mb区段。
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