小麥苗期和成熟期磷效率及形態(tài)性狀的QTL分析.pdf

1、作為我國重要的糧食作物，小麥的產(chǎn)量和質(zhì)量直接影響著農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和糧食安全。磷元素是植物的三大礦質(zhì)營養(yǎng)之一，影響著小麥的生長發(fā)育和產(chǎn)量。然而，我國北方小麥主產(chǎn)區(qū)土壤普遍缺磷，成為限制產(chǎn)量的重要因素。長期以來人們通過補(bǔ)施磷肥維持小麥高產(chǎn)，但是磷肥利用效率普遍較低，已經(jīng)造成了一系列環(huán)境污染和資源枯竭等問題。我們對(duì)小麥磷效率相關(guān)性狀進(jìn)行QTL分析，以發(fā)掘重要基因和QTL，為小麥磷高效分子標(biāo)記輔助選擇育種和基因克隆提供參考。本研究分別以“泰農(nóng)

2、18×臨麥6號(hào)”和“山農(nóng)0431×魯麥21”兩個(gè) RIL群體為材料，進(jìn)行水培試驗(yàn)和大田試驗(yàn)，設(shè)正常磷和低磷處理，對(duì)小麥苗期和成熟期磷效率及形態(tài)性狀進(jìn)行 QTL定位。獲得的主要結(jié)果如下：
　?。?）兩個(gè)RIL群體不同磷水平下苗期性狀的方差分析顯示，低磷顯著降低苗期生物量性狀（地上部分干重和單株總干重）和磷吸收效率性狀（地上部分磷含量、根部磷含量和單株總磷含量），但顯著提高生物量根冠比、磷含量根冠比和磷利用效率性狀（地上部分、根部和單

3、株總磷利用效率）。在成熟期，低磷也顯著降低了TL-RIL群體的株穗數(shù)、株高、千粒重、單株籽粒重、單株秸稈重、單株籽粒和秸稈磷含量，但明顯提高單株籽粒和單株秸稈磷利用效率。兩RIL群體不同磷處理環(huán)境下11個(gè)苗期和TL-RIL群體13個(gè)成熟期性狀在基因型間和處理間均表現(xiàn)極顯著差異（p≤0.01）。TL-RIL群體24個(gè)性狀的廣義遺傳力在51.12-92.61％之間；SL-RIL群體11個(gè)苗期性狀的廣義遺傳力在58.21-90.43%之間。<

4、br>　?。?）兩 RIL群體苗期性狀相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，4個(gè)生物量性狀（地上部分干重、根干重、單株總干重和生物量根冠比）與7個(gè)磷效率性狀（地上部分磷含量、根的磷含量和單株總磷含量、磷含量根冠比、地上部分磷利用效率、根的磷利用效率和單株總磷利用效率）之間均存在顯著相關(guān)性，說明苗期生物量性狀可以作為磷效率的初級(jí)篩選指標(biāo)。TL-RIL群體成熟期相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，5個(gè)產(chǎn)量相關(guān)性狀（株穗數(shù)、株高、千粒重、單株籽粒重和單株秸稈重）和2個(gè)相對(duì)性狀（相對(duì)單

5、株籽粒重和相對(duì)單株秸稈重）與4個(gè)磷效率相關(guān)性狀（單株籽粒磷含量、單株秸稈磷含量、單株籽粒磷利用效率和秸稈磷利用效率）之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系，表明這些產(chǎn)量和相對(duì)性狀也可作為評(píng)估磷效率的初級(jí)指標(biāo)。苗期和成熟期性狀相關(guān)性分析表明，11個(gè)苗期性狀與6個(gè)產(chǎn)量性狀（株穗數(shù)、株高、穗長、千粒重、單株籽粒重和單株秸稈重）和2個(gè)磷吸收效率性狀（單株籽粒和秸稈磷含量）也存在顯著相關(guān)性，說明某些苗期性狀可在一定程度上預(yù)測(cè)成熟期產(chǎn)量和磷吸收效率性狀。
　

6、　（3）利用TL-RIL群體進(jìn)行水培和大田試驗(yàn)，共檢測(cè)到30個(gè)性狀的178個(gè)加性QT L，包括163個(gè)苗期和成熟期性狀QTL和15個(gè)相對(duì)性狀QTL，分布于21條染色體，單個(gè) QTL可解釋平均表型變異的4.52-51.68%。其中81個(gè) QTL的增效效應(yīng)來源于泰農(nóng)18，97個(gè) QTL的增效效應(yīng)來源于臨麥6號(hào)。兩次水培試驗(yàn)正常磷處理平均值（NPAV）條件下的檢測(cè)到的根冠比 QTL的 LOD值最高，為36.00，可解釋表型變異的51.68%。

7、49個(gè)和63個(gè)QTL可分別在特定的低磷處理和正常磷處理下被檢測(cè)到。在兩個(gè)及以上磷處理環(huán)境下可檢測(cè)到11個(gè)相對(duì)高頻表達(dá) QTL（RHF-QTL），特別是QRsdw-4B可以同時(shí)在4個(gè)不同的磷環(huán)境和AV條件下被檢測(cè)到。我們還檢測(cè)到10個(gè)QTL簇（C1-C10），分布在1A、1D、4B、5D、6A和6B染色體，包含80個(gè)性狀-環(huán)境組合的 QTL，占全部 QTL的36.53%。QTL簇可分為兩類，一類是僅在苗期被檢測(cè)到的 type I（C1、C

8、2、C7、C8和 C10），另一類是可同時(shí)在苗期和成熟期被檢測(cè)到的type II（C3、C4、C5、C6和C9）。其中4個(gè)QTL簇（C3、C5、C7和C9）含有7個(gè) RHF-QTL，且同時(shí)控制磷利用效率和形態(tài)性狀，其增效效應(yīng)均來自于母本泰農(nóng)18（除 QRsdw-4B外），是重要 QTL簇，為同時(shí)改善小麥形態(tài)和磷利用效率提供了理論依據(jù)。此外，我們發(fā)現(xiàn)與51個(gè) QTL位點(diǎn)緊密連鎖的29個(gè)分子標(biāo)記的序列與已知EST序列高度同源，包括19個(gè)僅在

9、特定LP處理下檢測(cè)到QTL、16個(gè)僅在特定 NP處理下檢測(cè)到的 QTL、4個(gè) RHF-QTL（QTpute-4B.1、QTdw-6A.1、QPh-6D和QGn-7B）和6個(gè)QTL簇（C2、C3、C6、C8、C9和C10），說明這些QTL位點(diǎn)及附近可能存在功能位點(diǎn)。
　　（4）利用SL-RIL群體進(jìn)行水培試驗(yàn)，11個(gè)被測(cè)定性狀共檢測(cè)到86個(gè)加性QTL，分布在除1D、2A和3D以外的18條染色體上，單個(gè)QTL可解釋表型變異的6.41-

10、19.55%。其中26個(gè) QTL的增效效應(yīng)來源于山農(nóng)0431，60個(gè)QTL的增效效應(yīng)來源于魯麥21。兩次水培試驗(yàn)正常磷處理平均值（NPAV）條件下的檢測(cè)到的地上部分磷利用效率QTL的LOD值最高，為10.36，可解釋表型變異的17.93%。其中27個(gè)和30個(gè)QTL只能在特定的低磷和正常磷處理下分別被檢測(cè)到，3個(gè)RHF-QTL（QSdw-4 D、QSpute-4D和QTpute-4D）可以同時(shí)在兩個(gè)及以上磷處理環(huán)境下被檢測(cè)到。我們檢測(cè)到分

11、布在4D、5A和5B染色體上的7個(gè)QTL簇（C1-C7），包含46個(gè)性狀-環(huán)境組合的QTL位點(diǎn)，占全部QTL的42.59%。其中位于4D染色體上的C1同時(shí)包含5個(gè)QTL，其中3個(gè)是RHF-QTL，除QRsdw外其他4個(gè)QTL（QTdw、QSdw、QSpute和QTpute）增效效應(yīng)均來自于父本魯麥21，是重的QTL簇，可同時(shí)改善小麥磷利用效率和形態(tài)性狀。將已定位 QTL涉及的標(biāo)記與 NCBI數(shù)據(jù)庫已知的 EST序列進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)與31個(gè)

12、QTL緊密連鎖的16個(gè)分子標(biāo)記與EST序列高度同源，其中8個(gè)僅在特定LP條件下檢測(cè)到的QTL、10個(gè)僅在特定NP條件下檢測(cè)到的QTL、3個(gè)RHF-QTL和3個(gè)QTL簇（C1、C2和C6）與EST序列緊密連鎖，說明這些QTL位點(diǎn)及附近可能存在功能基因。
　?。?）將 TL-RIL群體和 SL-RIL群體定位的 QTL進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)幾乎所有的 QTL都定位在了不同的標(biāo)記區(qū)間內(nèi)，只有 TL-RIL群體的一個(gè)穗粒數(shù)的相對(duì)穩(wěn)定 QTL（Q