小麦耐深播相关性状主效QTL精细定位

Seedling emergency of wheat in arid areas is always affected by low soil moisture content. Seeds in a deeper sowing depth can absorbwater in deep soil, which in turn improve the seedling emergency rate and drought tolerance in seedling stage. In our previous work, we evaluated the deep-sowing abilities of 100 wheat germplasms, obtained a natural population including 178 wheat germplasms with different genetic backgrounds, and constructed of a RIL population with 240 families from a cross of Heshangtou and Longchun23.This project will use 60 wheat germplasms with known deep-sowing ability to determine the closely related traits as well as the optimal sowing depth. Additionally, a phenotyping process will be conducted in multi-year and multi-environment among natural and RIL population. Finally, the genotyping data resulting from wheat 660K SNP chips coupled with phenotypic data will be used for association analysis and linkage analysis to identify the QTLs which are consistent among different populations or stable in varied environments. The research results will pave the way for identification of deep-sowing tolerant wheat germplasms, and also provide theoretical basis for cloning of key genes controlling deep-sowing tolerance and marker-assisted breeding for deep-sowing tolerant wheat varieties.

土壤干旱缺水是影响小麦出苗的主要因素，适当加深播种深度、实行“探墒”播种有利于提高出苗率和芽期抗旱性，研究其耐深播性具有重要意义。项目前期已完成了100份国内外小麦种质耐深播性鉴定、178份遗传背景差异较大自然群体组建、240个家系RIL群体（和尚头小麦×陇春23）构建等工作。本研究拟在前期工作基础上，选取60份耐深播性已知资源为材料，确定耐深播密切相关性状指标和最佳鉴定深度；利用确定的指标和深度，对自然群体和RIL群体进行多年多环境表型鉴定；采用小麦660K SNP芯片对两个群体进行基因分型，结合表型鉴定数据，比较全基因组关联分析和连锁遗传分析结果，发掘一致性主效QTL或环境稳定性QTL。为小麦耐深播鉴定、关键基因克隆及分子标记辅助育种提供理论依据。

种子萌发期是作物生长的关键阶段，萌发期土壤墒情不足、种子萌发受阻、发芽率下降是影响小麦单产水平的重要因素之一。本项目以前期构建的自然群体和和尚头×陇春23组合后代衍生的RIL群体为基础，开展了小麦耐深播相关性状主效QTL定位研究，通过4年实施，达到了项目预期结果。首先，以15份耐深播能力存在显著差异的小麦种质为材料进行研究，建立了小麦种质资源耐深播性鉴定评价体系。最终确定11 cm为小麦耐深播种质资源筛选及评价研究的最佳播种深度；出苗率、出苗时间、苗高、胚芽鞘长、地中茎长，可作为小麦种质资源耐深播性鉴定与评价指标。随后，采用小麦55K SNP芯片对RIL群体进行基因型检测，构建高密度遗传连锁图谱。结合多环境的表型鉴定数据，在小麦10条染色体上共定位到26个小麦耐深播性相关的QTLs。其中，位于4B染色体与地中茎长和苗高相关的QCIL.gsasr-4B.3和Qsh.gsasr-4B为一因多效的主效QTL，可能为新的位点。以323份遗传基础丰富的小麦自然群体为材料，测量苗期出苗率、苗高、胚芽鞘长、地中茎长，利用660K SNP进行不同性状的GWAS分析，不同环境中共检测到119个显著性SNPs，分布在小麦14条染色体上。去除不同性状相同位点SNPs，最终获得58个显著性SNPs，效应值介于-4.2985~4.4855。连锁分析和GWAS分析结果共定位发现，胚芽鞘长相关的显著性SNP位点（31755262 bp）AX-95145067位于4B染色体上与苗高相关的QTL Qsh.gsasr-4B区间（23658094 bp-40754989 bp）之内。显著性SNP位点AX-95145067上下游0.5 Mb范围内共有14个基因。以43份不同来源的和尚头小麦种质材料，利用150个SSR标记进行关联分析，发现11个SSR标记与农艺性状显著关联，单个标记对表型变异的解释率为8.89%~24.74%。综合上述结果，本研究为制定小麦耐深播性鉴定评价技术规范和种质发掘提供了技术支撑，同时，为小麦耐深播基因克隆及分子标记辅助选择育种提供理论依据。项目资助发表论文2篇，待发表两篇。培养硕士生一名，3名同志晋升高一级技术职称。项目投入直接经费39万元，支出35.4110万元，各项支出基本与预算相符，剩余经费3.5890万元，用于支付后续发表SCI论文版面费。