人工合成小麦籽粒高硒含量控制基因的QTL定位及遗传分析

Se deficiency will induce diseases even to worsen it for hunman, such as Keshan disease and Kaschin-Beck disease. As the world's most important food crop, Wheat show low content of Se in kernel. Therefore, improvement of Se concentration is necessary for wheat breeding. Variance of absorption for Se is associated with Se content of wheat kernel under Se-deficient environment, whereas Se content variance of kernel is due to difference accumulation for Se under Se-rich environment. Genetic information dissection of absorption and accumulation for Se will be conducted upon a synthetic recombinant inbreed line (RIL) population in present study. As parent of this population, synthetic wheat SHW-L1 showed high Se content. Field environment will be set as control condition. Correlation analysis between effects of Se concentration and root morphology indices will also conduct through analysis root morphology diversity under controlled environments of Se-deficient, sandy soil and Se-rich at different growth stage. Se accumulation pattern in kernel, QTL for Se concentration at different developed stages, and dynamic QTL identification for selenium concentration will be exploited to dissect genetic information of Se accumulation and its affection on grain development of wheat. This study will strengthen the wheat for biological breeding, and be a significant breakthrough for both theoretical and applied researches.

缺硒可引发克山病、肌营养不良等疾病，也可导致病情加剧恶化。小麦籽粒是摄入硒的重要来源，但含量普遍偏低，开展富硒小麦选育被认为是克服硒元素缺乏的最经济有效途径之一，因此急需加强对控制籽粒硒含量基因的鉴定和研究。贫硒条件下籽粒硒含量的差异可能是由于根吸收能力不同所造成；而富硒情况下，其差异也许是由硒积累差异所引起。本研究利用富硒人工合成小麦与普通小麦构建的重组自交系群体，以田间硒浓度为对照，在贫硒和富硒条件下分析造成籽粒硒积累和吸收差异的遗传机制以及在不同组织中积累情况，找到控制籽粒硒含量的限制因子；系统监测不同基因型在贫硒、富硒和田间硒含量条件下的根系形态学变化，分析根系形态特征与硒营养效率的关系；探讨小麦籽粒中硒元素含量的动态累积规律，动态分析影响吸收、积累的QTL，阐明不同QTL 的时空表达方式，了解籽粒发育过程中控制硒元素含量的QTL 效应及基因作用方向，揭示籽粒硒积累和吸收的差异机制。

硒是人体必需的22种微量元素之一，硒的缺乏与克山病、肌营养不良、食道癌等疾病发生成正相关关系。硒主要从膳食中获取，相比于摄取量较少动物性食品，作为大宗食品的小麦中的硒含量与人类健康息息相关。在前期发现的种质资源中发现的一份富硒小麦，在此基础上组配了重组自交系，设置不同土壤硒浓度对富硒这一特性进行了QTL定位和根系性状分析，并对硒含量不同阶段的表达的QTL进行了分析。实验结果表明：1. 在贫硒条件下，小麦籽粒硒浓度由基因型决定，和株系对硒的吸收能力息息相关，即和根总长、根平均直径、根总面积、根总体积、根尖计数、分叉计数、交叠计数等分布参数呈明显的相关关系。在富硒条件下，材料间硒含量差异缩小。硒浓度以及基因型对根系中的根总长、根总面积、根总体积有极显著影响，硒可以显著改善小麦幼苗的根系构型。2. 在富硒条件下，各个株系间根、茎、叶差异不明显，材料之间的含量差异主要由材料间转运差异所导致。富硒水平下转运效率较贫硒条件下高。随着生育期进程的发展，根部和地上部的硒含量在不同硒浓度下处理下差异缩小。无论培养时间长短，根部的硒含量均明显高于地上部，硒转运效率变低。2.不同硒浓度处理下，QTL的表达模式都不相同，没有找到在不同浓度下均能表达的QTL；在植株发育的不同时期，QTL的时空表达模式也不相同，QTL在动态变化。3.从QTL定位结果可以看出，分蘖期共检测到13个硒含量相关QTL，其中有3个主效QTL，其中，在不同环境中均表达的QTL有2个，位于2D和7D上，QTL在3D上有最大的贡献率（R2=0.5157）。富硒条件下籽粒中共检测到3个硒含量相关的的QTL，分布在3D和5A上；贫硒条件下籽粒中共检测到3个硒含量相关的QTL，分布在3D上，QTL在3D上有最大的贡献率（R2=0.5582），并且在3D(wPt-733447～wPt-667315)上的相同标记位点可重复检测到控制硒含量的QTL位点。该位点可用作分子标记进行育种。