基于揚麥158/CI12633重組自交系群體的籽粒千粒重QTL分析

郭元世 梅佳 羅德祥 涂軍 陸健康 厲婕 侯運章 呂樂城 周淼平

摘要 利用高產(chǎn)廣適親本揚麥158和抗紋枯病種質(zhì)資源CI12633構(gòu)建的重組自交系（RIL）群體為研究對象，采用ddRAD-seq技術(shù)開發(fā)SNP標記并構(gòu)建遺傳連鎖圖，結(jié)合RIL群體2018—2020年的千粒重表型數(shù)據(jù)進行千粒重相關(guān)QTL的定位。結(jié)果表明：RIL群體的千粒重存在超雙親分離，且基本符合正態(tài)分布，RIL群體家系間及年度間的差異均達極顯著水平;2018—2020年共檢測到5個QTL位點，分別位于1A、4A、6A、6B和7D染色體，單個QTL可解釋9.70%～21.80%的表型變異，其中位于4A和6B染色體的2個QTL位點可在不同年份重復(fù)檢測到，可能為主效QTL，可用于分子標記輔助選擇育種。

關(guān)鍵詞 小麥;重組自交系;千粒重;QTL

中圖分類號 S512.1? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2022）11-0098-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.11.025

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Analysis of QTLs for the Thousand-gran Weight in a Recombiannt Inbred Lines Population from Yangmai158/CI12633

GUO Yuan-shi，MEI Jia，LUO De-xiang et al

（Jiangsu Choosan Co.，Ltd.，Nanjing，Jiangsu 221500）

Abstract The objectives of the present study were to detect QTLs of thousand grain weight using ddRAD-seq technology to develop SNP markers and construct genetic linkage map in a recombinant inbred lines population derived from a cross between Yangmai158 and CI12633，and evaluated for thousand grain weight at three years under organic management.The results showed that the thousand grain weight of the recombinant inbred lines has super parental separation，and basically conforms to the normal distribution.The differences between families and years of RIL population have reached a very significant level.Five QTLs for TKW were mapped on chromosomes 1A，4A，6A，6B? and 7D.QTL showing proportions of 9.70%-21.80%? of phenotypic variance explained in at least two environments were located on chromosomes 4A? and 6B， which may prove useful for MAS for improvement of the thousand grain weight in bread wheat.

Key words Wheat;RIL population;Thousand-grain weight;QTL

普通小麥 （Triticum aestivum ?L.）是全球種植面積最廣的糧食作物之一，全世界約有40%的人口以小麥為主糧[1]。據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，我國年均小麥播種面積和產(chǎn)量分別為2 338萬hm2和13 425萬t，其中小麥播種面積自2016年以來呈下降趨勢，而小麥總產(chǎn)量因新品種、新技術(shù)的應(yīng)用而穩(wěn)中略增[2]。小麥作為分蘗成穗特性作物，其單位面積產(chǎn)量由單位面積穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重決定，即產(chǎn)量“三要素”，其中千粒重的遺傳率最高，且與穗數(shù)和穗粒數(shù)的相關(guān)性小，因此，在不能擴大種植面積的情況下，提高小麥單產(chǎn)是提高小麥總產(chǎn)及保障糧食安全的重要措施[3]。

近年來，通過不同遺傳背景、環(huán)境條件等方式發(fā)現(xiàn)了大量關(guān)于小麥千粒重的QTL位點，但這些QTL位點因受遺傳效應(yīng)不穩(wěn)定、解釋率偏低等影響，只有較少Q(mào)TL位點能通過開發(fā)相應(yīng)分子標記用于小麥輔助育種[4-9]。該研究利用長江中下游高配合力農(nóng)藝親本揚麥158和抗紋枯病資源CI12633構(gòu)建充足自交系（RIL）群體，并利用雙親間存在多態(tài)性的SSR標記和采用ddRAD-seq技術(shù)開發(fā)的SNP標記，構(gòu)建高密度連鎖圖譜。通過連續(xù)3年測定揚麥158、CI12633和94個RIL家系的千粒重，進行小麥千粒重的QTL分析，以期獲得有效的QTL位點并篩選出可直接用于小麥輔助育種的分子標記。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及田間設(shè)計

群體以高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)高配合力品種揚麥158（江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供，千粒重約44 g）為母本，抗紋枯病種質(zhì)資源CI12633（江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院種質(zhì)資源與生物技術(shù)研究所提供，千粒重約28 g）為父本，雜交配組后采用連續(xù)單粒傳法于2018年構(gòu)建了94個F8代RIL家系。

94個RIL群體及雙親于2018—2020年種植于江蘇中江種業(yè)國家雜交水稻育種創(chuàng)新基地，試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，每個材料單行播種，行長1 m，行距25 cm， 每行50粒。田間管理同當?shù)卮筇铩?/p>

1.2 RIL群體遺傳連鎖圖的構(gòu)建

RIL群體的基因型分析和遺傳連鎖圖的構(gòu)建參照文獻[10]，構(gòu)建的遺傳連鎖圖含有31個連鎖群，均可分配到相應(yīng)的染色體，總遺傳距離2 510.7 cM，含有分子標記3 355個，標記間平均遺傳距離為0.75 cM。

1.3 千粒重調(diào)查和數(shù)據(jù)分析

成熟期每材料隨機剪50穗混脫并晾曬至安全水分，隨機調(diào)查1 000個完整籽粒并稱重，以各家系每年3次重復(fù)的平均值為千粒重表型值進行數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)分析采用EXCEL和MATLAB軟件。

1.4 QTL定位 結(jié)合遺傳連鎖圖[10]和各家系的千粒重，用軟件MapQTL 4.0先進行QTL區(qū)間作圖，然后利用篩選的輔因子進行多QTL作圖，并增加LOD值判斷是否存在QTL。

2 結(jié)果與分析

2.1 雙親及RIL群體千粒重的平均值及表型變異

由表1可知，母本揚麥158千粒重為42.17～48.78 g，父本CI12633的千粒重為23.41～ 32.25 g，雙親差異明顯。RIL群體3年的千粒重均值均介于雙親之間，而在2018年和2020年RIL群體的千粒重均存在雙向超親分離。RIL群體3年的千粒重頻率分布見圖1，可以看出千粒重基本呈正態(tài)分布，說明小麥千粒重為數(shù)量遺傳性狀。經(jīng)方差分析可知，RIL群體家系間、不同試驗?zāi)攴蓍g千粒重的差異均達到極顯著水平。

2.2 籽粒千粒重的QTL分析

利用構(gòu)建的遺傳連鎖圖譜和2018—2020年RIL群體表型數(shù)據(jù)進行QTL分析，共檢測到8個與籽粒千粒重相關(guān)的QTL位點，其中2018年檢測到1個位于6B染色體的QTL位點，該位點加性效應(yīng)值為1.42，可解釋11.5%的表型變異;2019年檢測到4個分別位于1A、4A、6A和6B染色體的QTL位點，加性效應(yīng)值分別為1.25、1.29、2.87和1.60，可分別解釋11.0%、9.7%、13.0%和18.4%的表型變異;2020年共檢測到3個分別位于4A、6B和7D染色體的QTL位點，加性效應(yīng)值分別為1.41、1.45和3.92，可分別解釋10.8%、11.5%和21.8%的表型變異（表2）。檢測到增加粒重的QTL位點均由親本揚麥158提供，QTL染色體分布見圖2。

3 討論

該研究發(fā)現(xiàn)的6B染色體上位于80.83～84.45 cM的QTL在2018—2020年研究結(jié)果中均可檢測到，LOD值最高為4.15，且貢獻率均在10%以上。經(jīng)比較前人研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，吳旭江等[6]利用揚麥9號和CI12633構(gòu)建的RIL群體也在6B染色體定位到穩(wěn)定的QTL，其解釋率達25.61%～31.39%，該位點（Xmag3298.1～GPW222）與定位到的QTL位點相近。WU等[7]利用Yanda1817和Beinong6構(gòu)建的RIL群體在6B染色體上定位了3個與小麥千粒重相關(guān)的QTL，其中與該研究定位到的QTL相近的 QTgw.cau-6B.3 可在3個不同環(huán)境下被監(jiān)測到，且在該位點及相鄰位點還存在控制籽粒長度的QTL。另外，Blanco等[8]、Tsilo等[9]、Ramya 等[11]分別在6B染色體（標記區(qū)間分別為CA594434d～wPt-3581、xWpt0052和Xgwm889～Xgwm1486）檢測到與千粒重相關(guān)的QTL，且相關(guān)位點與該研究檢測到的QTL位點相近。因此，可以推斷該研究中定位的6B染色體上的千粒重QTL為穩(wěn)定主效QTL，可用于分子標記輔助選擇育種。

該研究發(fā)現(xiàn)的4A染色體上位于75.04～75.25 cM的QTL在2019和2020年結(jié)果中均可檢測到，2年貢獻率分別為9.7%和10.8%。經(jīng)比較前人研究發(fā)現(xiàn)， Zou等[12]利用一個RIL群體（Attila×CDCGo）定位到一個與該研究位點相近的主效QTL （標記區(qū)間wsnp_Ex_c7899_13416443～ wsnp_Ex_rep_c97236_84366722） ，2年LOD值分別為5.8和9.3，而Maphosa等[13]在4A染色體wPt-0023標記附近定位到的QTL與該研究獲得的QTL位點相近，其LOD值達3.6，均說明該位點附近存在主效穩(wěn)定QTL。Liu等[14]在4A染色體與該研究相近位點定位到2個與千粒重相關(guān)的QTL（標記區(qū)間分別為Xwmc491～Xbarc1052和Xbarc28b～Xcau195），且該位點附近還定位到與穗粒重相關(guān)的QTL，說明該QTL可能通過影響千粒重從而影響單穗粒重。以上研究均說明該研究中定位于4A染色體上的千粒重QTL為穩(wěn)定主效QTL，可用于分子標記輔助選擇育種。

該研究中在7D染色體上定位到的一個QTL位點，其LOD值達到5.54，貢獻率為21.8%，可能為一個主效QTL，但該QTL未能在2018和2019年監(jiān)測到，這可能與該基因受環(huán)境影響較大有關(guān)。Mir等[15]在7D染色體短臂上（Xgwm295～Xgwm437）定位到一個與該研究相近（xwmc463～xgdm67）的QTL，且該位點的LOD值達到20.14，這與Huang等[16-18]獲得的QTL位點相近（均在Xgwm295～Xgwm437），說明該位點可能是一個主效QTL，但由于受環(huán)境影響較大，需要進一步精細定位并確定其利用價值。

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參考文獻

[1]

GUPTA P K，MIR R R，MOHAN A，et al.Wheat genomics： Present status and future prospects[J].International journal of plant genomics，2008，2008：1-36.

[2] 劉志勇，王道文，張愛民，等.小麥育種行業(yè)創(chuàng)新現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].植物遺傳資源學(xué)報，2018，19（3）：430-434.

[3] WU W，LI C J，MA B L，et al.Genetic progress in wheat yield and associated traits in China since 1945 and future prospects[J].Euphytica，2014，196（2）：155-168.

[4] ZANKE C D，LING J，PLIESKE J，et al.Analysis of main effect QTL for thousand grain weight in European winter wheat （ Triticum aestivum ?L.） by genome-wide association mapping[J].Frontiers in plant science，2015，6：1-14.

[5] ZHANG X Y，DENG Z Y，WANG Y R，et al.Unconditional and conditional QTL analysis of kernel weight related traits in wheat （ Triticum aestivum ?L.） in multiple genetic backgrounds[J].Genetica，2014，142（4）：371-379.

[6] 吳旭江，臧淑江，程凱，等.揚麥9號/CI12633 RIL群體中控制小麥粒重QTL位點的初步分析[J].揚州大學(xué)學(xué)報（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2015，36（4）：90-95.

[7] WU Q H，CHEN Y X，ZHOU S H，et al.High-density genetic linkage map construction and QTL mapping of grain shape and size in the wheat population Yanda1817 × Beinong6[J].PLoS One，2015，10（2）：1-17.

[8] BLANCO A，MANGINI G，GIANCASPRO A，et al.Relationships between grain protein content and grain yield components through quantitative trait locus analyses in a recombinant inbred line population derived from two elite durum wheat cultivars[J].Molecular breeding，2012，30（1）：79-92.

[9] TSILO T J，HARELAND G A，SIMSEK S，et al.Genome mapping of kernel characteristics in hard red spring wheat breeding lines[J].Theoretical and applied genetics，2010，121（4）：717-730.

[10] 周淼平，姚金保，楊學(xué)明，等.小麥紋枯病抗性QTL分析[J].麥類作物學(xué)報，2020，40（5）：554-559.

[11] RAMYA P，CHAUBAL A，KULKARNI K，et al.QTL mapping of 1000-kernel weight，kernel length，and kernel width in bread wheat （ Triticum aestivum ?L.）[J].Journal of applied genetics，2010，51：421-429.

[12] ZOU J，SEMAGN K，IQBAL M，et al.QTLs associated with agronomic traits in the Attila × CDC Go spring wheat population evaluated under conventional management[J].PLoS One，2017，12（2）：1-20.

[13] MAPHOSA L，LANGRIDGE P，TAYLOR H，et al.Genetic control of grain yield and grain physical characteristics in a bread wheat population grown under a range of environmental conditions[J].Theoretical & applied genetics，2014，127（7）：1607-1624.

[14] LIU G，JIA L J，LU L H，et al.Mapping QTLs of yield-related traits using RIL population derived from common wheat and Tibetan semi-wild wheat[J].Theoretical and applied genetics，2014，127（11）：2415-2432.

[15] MIR R R，KUMAR N，JAISWAL V，et al.Genetic dissection of grain weight in bread wheat through quantitative trait locus interval and association mapping[J].Molecular breeding，2012，29（4）：963-972.

[16] HUANG X Q，C STER H，GANAL M W，et al.Advanced backcross QTL analysis for the identification of quantitative trait loci alleles from wild relatives of wheat （ Triticum aestivum ?L.）[J].Theoretical and applied genetics，2003，106（8）：1379-1389.

[17]? SOMERS D J，ISAAC P，EDWARDS K.A high-density microsatellite consensus map for bread wheat （ Triticum? aestivum ?L.）[J].Theoretical and applied genetics，2004，109（6）：1105-1114.

[18] R DER M S，HUANG X Q，B RNER A.Fine mapping of the region on wheat chromosome 7D controlling grain weight[J].Functional & integrative genomics，2008，8（1）：79-86.