一个新的控制小麦抽穗期的主效QTL-Qhd5D的精细定位及其候选基因的鉴定

Heading date is one of the important characters directly related to wheat premature, dry hot wind resistance, yield and quality. In the early studies, a new main effect QTL-Qhd5D controlling wheat heading date was found and located on the 5DL chromosome Xbarc320-Xwmc215 interval(genetic distance 7.3cM) with the genetic contribution rate of 53.19%, which caused the heading 2.77 days earlier. On this basis research, the project will use the constructed good secondary population to: 1) obtain the Qhd5D near-isogenic lines in Yumai57 genetic background by the foreground and background selection of molecular markers and BC5F2 population; 2) construct the Qhd5D targets of high density fine genetic map by using polymorphic molecular markers, and find the new flanking markers through QTL mapping of heading date; 3) fine mapping of Qhd5D through analyzing the heading date of the exchanged plants and genotypes by GGT mapping software, and further screen the candidate genes and predict its function. This study will enrich the genetic mechanism of heading date in wheat, and lay a good foundation for cloning new genes for heading date, and have an important significance for breeding the new wheat varieties with high yield and wide adaptability by the molecular marker assisted selection.

抽穗期是与小麦早熟、抗干热风及产量和品质直接相关的一个重要性状。前期研究中发现一个新的控制小麦抽穗期的主效QTL-Qhd5D，标记区间Xbarc320-Xwmc215,解释表型变异的53.19%，在此基础上，构建规模不小于3000株的回交次级群体BC5F2；利用目标QTL区段内具有多态性的分子标记，绘制Qhd5D目标区段的精细遗传图谱，结合抽穗期，找到新的两侧标记；利用交换单株结合标记基因型，运用GGT作图软件对Qhd5D进行精细定位，筛选候选基因并预测其功能。本研究将丰富小麦抽穗期遗传机制，为克隆新的具有自主知识产权的小麦抽穗期基因奠定良好的基础，对分子标记辅助选择合适生育期的高产广适新品种具有重要的意义。

由于抽穗期影响小麦品种区域性和适应性，直接或间接影响小麦产量和抗性，因此，本项目首先筛选以豫麦57为遗传背景的Qhd5D近等基因系；开发目标QTL区段内多态性的分子标记，构建高密度遗传图谱，结合抽穗期，找到新的两侧标记，结合转录组学，筛选候选基因并预测其功能。取得的重要研究结果如下：.1.首先筛选出7株含有目标区段且抽穗都较早的近等基因系，不仅为本项目提供了材料而且为育种者提供了可用于分子标记辅助育种新的早熟种质材料；2.开发了基于SNP延伸序列的分子标记，发现109个SSR位点，对其中72个位点合成了引物，发现47对引物可扩增出稳定清晰的带型，其中4个标记Xtdc11、Xtdc31、Xtdc38、Xtdc44加密在5D遗传图谱上，将QTL-Qhd5D进一步定位在Xwmc215-Xtdc38区域，此区间对应的物理位置是AT5D4964-AT5D4993之间，约12Mb范围；发明了基于SNP延伸序列的SNP-SSR标记方法和新标记，获2项国家发明专利；3.完成了近等基因系幼穗发育的动态分析及转录组学分析，发现近等基因系主茎幼穗均在三叶期开始分化，但是 Y57的伸长期至单棱期和单棱期至二棱期持续时间均比近等基因系96-2 相应时期持续时间长；利用 RNA-Seq技术，对 Y57 和 96-2 四叶期、五叶期和七叶期的幼穗分别进行高通量测序分析，共预测 11,990 个新基因，其中有 9,657 个得到功能注释；三个时期共同差异表达基因有 185 个，其中 Traes_5DL_52EC7112A和 Traes_3DS_92091AAD4 在 Y57 中表达量几乎为 0，在 96-2 中表达量很高，这两个基因可能促进小麦抽穗。共筛选出43个共同上调差异表达基因作为抽穗期相关的候选基因，其中在染色体5DL上有4个，其中Traes_5DL_9CC4EC839.2编码MADS-Box转录因子，而Traes_5DL_52EC7112A.2编码丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶2A，为水稻的同源基因。4.发表标注本项目论文9篇，SCI收录7篇；标注学位论文2篇；出版专著2部；培养研究生6名。授权国家发明专利3项。获山东省科技进步奖二等奖一项。.本研究结果丰富了对小麦抽穗期遗传机制的认识，对指导分子标记辅助选择合适生育期及抽穗期受环境影响较小的丰产性品种的选育及其改良具有重要的意义。