小麥單位面積穗數和粒長主效QTL緊密連鎖KASP標記的開發及其效應評價

范濤，李治，蔣慶，陳姝霖，歐霞，陳永艷，任天恒

小麥單位面積穗數和粒長主效QTL緊密連鎖KASP標記的開發及其效應評價

范濤，李治，蔣慶，陳姝霖，歐霞，陳永艷，任天恒

四川農業大學農學院/四川省植物遺傳和育種省級重點實驗室，成都 611130

【】小麥單位面積穗數和籽粒粒長是小麥產量相關的重要農藝性狀，對其進行遺傳改良有利于提高小麥的產量。通過對前期QTL定位鑒定到的提高單位面積穗數的主效QTL位點和提高籽粒粒長的主效QTL位點開發相應的KASP分子標記，并在川農18和T1208構建的RILs群體中進行驗證及評價，為更好地利用這兩個QTL以及分子標記輔助育種奠定基礎。利用前期在川農18和T1208構建的高代自交群體中鑒定到的控制小麥單位面積穗數主效QTL位點和控制籽粒粒長主效QTL位點，結合在這兩個QTL區間內的55K SNP分子標記序列，開發設計KASP分子標記，并在親本間篩選具有多態性的KASP分子標記。將篩選到的KASP分子標記在川農18×T1208的RILs群體中分別進行基因分型和鑒定相應表型性狀的高低，并分析這兩個主效QTL對于其他農藝性狀的影響。和在親本中具有多態性，和在群體中的驗證表明這兩個分子標記分別與和連鎖。和能將群體材料的基因型分為2類，按照表型劃分，在3年試驗中，對多穗材料的平均選擇率均達到72.58%，對少穗材料的平均選擇率達到71.68%；對長粒材料的平均選擇率達到69.86%，對短粒基因型的平均選擇率可達61.52%，表明這兩個標記的可靠性。基于KASP分子標記的基因分型結果表明，這兩個QTL對于株高、千粒重、粒長、粒寬、粒徑比、單位面積穗數、穗粒重均具有顯著性影響。在川農17×川農11的RILs群體中進行驗證也表明這兩個分子標記對相應性狀的選擇具有一定的作用。針對單位面積穗數主效QTL位點和籽粒粒長主效QTL位點分別開發了1對與之連鎖的KASP分子標記，可用于相應性狀的選擇，與KASP標記連鎖的QTL分別能顯著提高單位面積穗數和籽粒粒長。對株高、千粒重、粒長、粒寬、粒徑比、穗粒重是負向影響，對株高、千粒重、粒寬、粒徑比和穗粒重是正向影響，但對單位面積穗數是負向影響，這兩個QTL及開發的KASP標記可應用于小麥高產育種中。

小麥；單位面積穗數；粒長；QTL；KASP；農藝性狀

0 引言

【研究意義】普通小麥（L.）是世界上最重要的糧食作物之一，“養育”了世界范圍內大約三分之一的人口。在所有的人類食物中，小麥提供的蛋白質和卡路里約占20%[1]。但是，根據預測，到2050年糧食的產量至少每年保持2.4%的增長率才能滿足需求[2]。單位面積穗數、千粒重和每穗粒數是小麥主要的產量決定因素，因此，在育種中識別和引入相關的有利等位基因或QTL，對提高小麥產量具有重要意義。小麥的產量三要素單位面積穗數、穗粒數和粒重都是復雜的農藝性狀，利用表型選擇進行小麥的高產育種不僅費時費力，育種周期長從而導致育種成本提高。然而，與小麥產量單位面積穗數、穗粒數和千粒重相關的有利等位基因（或QTL）緊密連鎖的分子標記的開發可以快速鑒定、識別相應的基因（或QTL），節約育種成本，提高育種效率。【前人研究進展】小麥籽粒粒重主要由籽粒形態決定，包括2個主要因素，即粒長和粒寬。目前分布在小麥所有染色體上的小麥籽粒形態以及千粒重相關的QTL已有諸多報道[3]。并且，與粒重或籽粒形態相關的、、、等基因也已經被克隆[4-7]。除此之外，還開發出許多與小麥粒重相關的功能基因的分子標記，并應用于育種上[8]。迄今為止，國內外研究學者利用不同的研究群體，將小麥單位面積穗數的相關的QTL定位在1A、1B、1D、2A、2B、2D、3A、3B、4A、4B、5A、5B、5D、6A、7A、7B、7D等多條染色體上，并且開發了較多的分子標記[3,9-12]。但是相應的分子標記大多具有品種特異性，因此，并未應用到實際育種中。隨著測序技術的發展，利用分子標記輔助育種作為一種傳統育種方法的補充工具，越來越受到育種家們的廣泛關注。劉子會等[13]通過簡單關聯分析鑒定到一個與小麥耐熱相關的分子標記。陳泠等[14]對2個抗穗發芽的分子標記和進行了有效性驗證。LI等[15]針對小麥的穗頸長主效QTL開發了一個KASP分子標記，能夠有效追蹤該性狀。MA等[16]開發了一個與粒長、粒寬和千粒重主效QTL緊密連鎖的KASP分子標記，并且在重組自交群體中驗證了它的有效性。胡洋山等[10]驗證了2個分別位于3A和3B染色體上的SSR標記與小麥分蘗成穗呈現極顯著正相關性，并證明它們可用于小麥分蘗成穗數的篩選和育種。【本研究切入點】利用SNP開發出的KASP標記篩選多穗和長粒小麥資源的研究仍鮮見報道。本文以分蘗成穗能力強的小麥品種川農18和具有籽粒性狀優良的新品系材料T1208構建的371個RILs群體為材料，在前期研究中，通過QTL定位分析發現了一個與提高單位面積穗數的主效且穩定位于2D染色體上的QTL位點，在中國春參考基因組（IWGSC RefSeq v1.0）上的物理位置是82.19—95.90 Mb，此QTL在3個環境中被穩定檢測到，平均LOD值為17.20，平均解釋表型變異率達到19.04%，遺傳效應來源于川農18；此外，3D染色體上定位到一個提高籽粒粒長的QTL位點，在中國春參考基因組（IWGSC RefSeq v1.0）上的物理位置是463.59—518.34 Mb，此QTL平均LOD值達到15.78，平均解釋表型變異率為9.40%，遺傳效應來源于親本T1208，與以往研究對比，發現這兩個QTL都是控制相應性狀的新QTL位點[17]。【擬解決的關鍵問題】本研究依據QTL位點和區間內55K SNP基因芯片中的SNP分子標記設計KASP引物，并運用川農18×T1208雜交構建的RIL群體進行驗證，評估這兩個QTL對產量相關農藝性狀的效應，以期為小麥分子標記輔助育種和多性狀聚合育種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 小麥田間材料及種植

供試材料一共445份，其中包括由川農18×T1208雜交構建的371個家系的重組自交系（RILs）用于KASP標記的開發，由川農17×川農11雜交構建的74個RILs群體為驗證群體。川農18×T1208雜交構建的RILs群體于2015—2016、2016—2017、2017—2018、2018—2019、2019—2020年（以下簡稱2015、2016、2017、2018和2019）種植于四川農業大學小麥育種基地（四川省邛崍市，30°25′N，103°28′E，海拔493.3 m），川農17×川農11構建的RILs群體于2019—2020年（以下簡稱2019）種植于相同地點。采用隨機區組設計，小區行長2 m，每行10株，行距0.25 m，每個株系種植4行，3次重復，栽培管理同大田標準化管理方法，使用除草劑和殺菌劑，以保證生長過程中田間無蟲害和病害，避免對相應農藝性狀的影響。在以SNP基因分型和相應性狀的表型匹配中，表型選擇以當年群體材料中表型平均值為標準劃分，川農18×T1208的RILs群體在2015、2016和2017單位面積穗數平均值分別是291.06、280.80和258.38穗/m2，當年群體中高于此表型值的定義為多穗株系，粒長在2016、2018和2019年的平均值分別是7.27、7.22和6.82 mm，當年群體中高于此表型值的定義為長粒株系。川農17×川農11雜交構建的RILs群體中單位面積穗數和粒長平均值分別是238.50穗/m2和6.90 mm，高于此表型值的材料分別定義為多穗株系和長粒株系。

1.2 小麥各農藝性狀的調查

在植株成熟后，調查株高，株高的調查是從土壤表面到植株的頂端（不包含麥芒）；單位面積穗數調查則是每行調查5株，每個株系3個重復，最后取平均值，再乘以4得到每平方米單位面積穗數；收獲時每個株系收獲10穗，脫粒稱取重量后，計算每穗粒重，公式為每穗粒重=十穗粒重/10。采用萬深SC-G自動考種分析及千粒重分析儀（由杭州萬深檢測科技有限公司生產）測定千粒重、粒長和粒寬。

1.3 KASP引物設計及合成

根據構建的遺傳連鎖圖譜上的信息[18]，分別查找位于內的SNP分子標記、、、和，以及位于內的SNP分子標記和，這些SNP標記的序列如表1所示，根據它們的SNP序列，使用在線網站平臺PolyMarker（http://www.polymarker.info/）針對上述SNP分子標記分別進行KASP引物設計（表2）。每對KASP引物由3條DNA序列組成，分別是正向引物1、正向引物2和反向引物。另外每條正向引物1的5′端加上FAM熒光基團接頭序列，序列為5′-GAAGGTGACC AAGTTCATGCT-3′，正向引物2的5′端加上HEX熒光基團接頭序列，序列為5′-GAAGGTCGGAGTCA ACGGATT-3′。引物的合成由北京擎科生物科技有限公司完成。

1.4 KASP引物多態性篩選及群體中驗證

對親本川農18和T1208隨機選取10粒種子，于培養皿中發芽培養至三葉期，根據李榮華等[19]方法并稍做改進提取基因組DNA，使用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA質量。利用上述設計引物進行PCR擴增。PCR反應體系為4.5 μL 1×KASP Master mixture（LGC Genomics, Hoddeston, UK）、2 μL（50 ng·μL-1）基因組DNA、2 μL KASP引物mix（正向引物1﹕正向引物2﹕反向引物﹕水=6﹕6﹕15﹕23）和1.5 μL ddH2O。PCR反應程序為95℃10 min；95℃20 s，61℃40 s，循環10次，每次循環退火延伸溫度下降0.6℃；95℃20 s，55℃40 s，循環30次；25℃保溫，采集熒光信號。PCR反應在熒光定量PCR儀進行（BioRad，CFX-96）。利用篩選出來具有多態性的KASP標記在川農18×T1208構建的371個株系的RILs群體進行基因分型，以及在川農17×川農11雜交構建的74個RILs群體進行驗證，PCR的反應條件同上。

表1 試驗中涉及的SNP標記及序列

表2 試驗中涉及的KASP分子標記引物序列

下劃線部分代表熒光接頭序列 The underlined part represents the fluorescent junction sequence

1.5 數據統計分析

數據統計分析采用軟件Microsoft Excel 2016和SPSS 22（IBM SPSS, Armonk，NY，USA）對農藝性狀等數據進行方差分析、檢驗、相關性分析和描述性統計分析。參照李聰等[20]方法計算各農藝性狀最佳線性無偏預測（best linear ubiased prediction，BLUP）值。利用CFX96熒光定量PCR儀的配套軟件BioRad CFX Manager的基因分型模塊，讀取各樣品不同熒光信號值，并分析基因型。基因分型結果與川農18相同的基因型定義為多穗基因型株系，與T1208相同的基因型定義為少穗基因型株系；基因分型結果與T1208相同的基因型定義為長粒基因型株系，與川農18相同的基因型定義為短粒基因型株系。

2 結果

2.1 川農18×T1208 RILs群體中單位面積穗數和粒長表型變異分析

在該群體中，單位面積穗數在2015、2016和2017年的平均值分別是291.06、280.80和258.38穗/m2，表型變異范圍分別是185.3—442.7、179.3—387.3和120.0—442.7穗/m2；粒長在2016、2018和2019年的平均值分別是7.27、7.22和6.82 mm，表型變異范圍是6.20—8.80、6.15—8.60和5.74—8.13 mm。單位面積穗數與粒長呈顯著性負相關（=-0.44，＜0.001）。

2.2 KASP引物篩選結果

篩選區間內引物時發現，在親本中具有多態性，該引物對親本川農18分型結果是等位基因1類型，發出FAM熒光類型，T1208則是等位基因2類型，發出HEX熒光類型。其余設計的KASP引物不能很好地同時將2個親本基因型識別出來（圖1-a）。

篩選區間內引物時發現，在親本中具有多態性，此引物對親本川農18分型結果是等位基因1類型，發出FAM熒光類型，T1208則是等位基因2類型，發出HEX熒光類型。其余設計的KASP引物不能很好地同時將2個親本基因型識別出來（圖1-b）。

a：KASP-AX-111151907對親本基因分型；b：KASP-AX-109962767對親本基因分型

2.3 分子標記KASP-AX-111151907和KASP-AX- 109962767在RILs群體中分型結果

利用篩選到的多態性引物對上述371個川農18×T1208的RILs群體進行基因分型。該引物對群體中不同的材料能夠很好的進行分型，各信號點熒光值較高，且不同基因型之間的夾角較大（圖2-a），因此，分型效果較好。與親本川農18相同的多穗基因型信號聚合在X軸，親本T1208相同的少穗基因型信號聚合在Y軸。對371個株系的分型結果顯示，有2個株系是雜合基因型，因此，在后續的分析中也剔除掉它們進行分析。引物鑒定到的369個株系中有158個株系是多穗基因型，這些多穗基因型中對應的多穗表型株系在2015、2016和2017年分別有99、122和123株，對應的多穗材料選擇率分別是62.66%、77.22%和77.85%；剩下的211個株系是少穗基因型，其對應的少穗表型株系在2015、2016和2017年分別有148、151和155株，對應的少穗材料選擇率分別是70.01%、71.56%和73.46%。在2015、2016和2017年分別有164、183和180株多穗表現型的材料，其中多穗基因型分別有100、183和180株，因此，這3年多穗材料中多穗基因型分別占60.98%、86.89%和88.33%。159個多穗基因型株系在2015、2016和2017年的表型平均值分別是311.60、303.41和290.50穗/m2，211個少穗基因型株系在2016、2018和2019年的平均值分別是275.56、263.75和234.36穗/m2。2種基因型材料在單位面積穗數上存在顯著性差異（＜0.001），表明與緊密連鎖（表3和圖3-a）。

利用篩選到的多態性引物對川農18×T1208的RILs群體進行基因分型，結果與類似，對不同基因型材料的分型結果較好（圖2-b）。該引物將與親本T1208相同的長粒基因型信號聚合在Y軸，與親本川農18相同的短粒基因型聚合在X軸。對371個株系基因分型結果顯示，有8個株系是雜合基因型，因此，在后續的分析中剔除掉它們進行分析。鑒定到的363個株系中，有188個株系是長粒基因型，這些長粒基因型對應的長粒表型株系在2016、2018和2019年分別有127、132和135株，對應的長粒材料選擇率分別是67.55%、70.21%和71.81%。剩下的175個株系是短粒基因型，其對應的短粒表型株系在2016、2018和2019年分別有104、114和105株，對應的短粒材料的選擇率分別是59.43%、65.14%和60.00%。在2016、2018和2019年分別有199、194和206株長粒表型株系，而在這3年里長粒基因型分別有128、133和136株，因此，在這3年中長粒材料中長粒基因型分別占64.32%、68.56%和66.02%。188個長粒基因型株系在2016、2018和2019年的平均值分別是7.43、7.45和7.64 mm，175個短粒基因型株系在2016、2018和2019年的平均值分別是7.11、6.98和7.01 mm。2種基因型材料在粒長上存在顯著性差異（＜0.001），表明與緊密連鎖（表3和圖3-b）。

a：KASP-AX-111151907在RIL群體中部分基因分型結果；b：KASP-AX-109962767在RIL群體中部分基因分型結果

表3 基于KASP分子標記驗證QSn.sau-2D.2和QKl.sau-3D.2對相應性狀的影響

括號中的“n”表示株系的數量；基因型A表示與川農18相同，基因型B表示與T1208相同

“n” in brackets indicates the number of lines. Genotype A is the same as Chuannong18 and genotype B is the same as T1208

+：含有相應QTL的株系，-：不含有相應QTL的株系；***：在p＜0.001水平差異極顯著

另外，在這371個群體中，只有39個株系含有多穗基因型和長粒基因型，有117個株系只含有多穗基因型而不含有長粒基因型，有149株只含有長粒基因型而不含有多穗基因型，既不含有多穗基因型又不含有長粒基因型的株系58株。

2.4 基于KASP分子標記基因分型評價這兩個主效QTL對其他產量相關性狀的影響

基于各農藝性狀的BLUP值，針對上述2個分別連鎖的分子標記和與連鎖的分子標記分型結果，利用檢驗分析這兩個QTL對于其他農藝性狀的影響（表4）。結果表明，對于株高、千粒重、粒長、粒寬、粒徑比和每穗粒重都具有顯著性降低的影響（＜0.001），對于株高、千粒重、粒寬、粒徑比和每穗粒重有顯著性提高的作用，但是對于單位面積穗數是降低的作用（＜0.001）。

2.5 分子標記KASP-AX-111151907和KASP-AX-109962767在其他群體中的檢驗

為了驗證本研究中在川農18×T1208的RILs群體中開發的KASP標記是否可用于其他材料中小麥單位面積穗數和粒長的篩選，利用川農17×川農11的74個RILs群體進行基因分型（圖4），和能夠很好地將不同基因型的小麥材料進行區分。基因分型結果顯示，有43個材料是多穗基因型，其中20個材料是多穗表現型，多穗材料選擇率是46.51%，有31個材料為少穗基因型，其中少穗表現型材料有14個，對于少穗材料的選擇率達到45.16%。基因分型結果顯示，長粒基因型有38個，其中17個為長粒表現型，長粒的選擇率達到44.74%，而短粒基因型有36個，其中短粒表現型有18個，對短粒基因型的選擇率達到50.00%。表明這兩個分子標記對川農17×川農11雜交群體中長粒和多穗的選擇具有一定的作用。

3 討論

3.1 協調型小麥

提高產量一直以來是眾多育種學家們的基本目標。單位面積穗數、穗粒數和粒重作為小麥的產量三要素，與小麥的產量直接相關。四川盆地屬于中國的西南麥區，是典型的雨養農業區，陰天較多，光照少導致小麥的分蘗成穗能力弱，從而導致單位面積穗數減少，進而造成產量下降[21-22]。在過去普遍的看法是四川盆地由于光照少和暖冬而存在“生態穗容量”，本課題組根據西南麥區的氣候特征、土壤類型、光照條件及栽培模式等選育的多穗協調型小麥，其代表品種有川農12、川農17和川農18[23]。該類型的小麥品種能在保持較高穗重的前提下具有較高穗數，穗數及穗重相互補償能力較強，為打破中國西南小麥生態區“生態穗容量”的限制提供了新的思路[24]。在前期的研究中也發現川農18控制單位面積穗數的主效QTL位于2D染色體上[17]，為闡明協調型小麥品種川農18成穗能力機制奠定了基礎。本研究中開發的與川農18控制單位面積穗數的主效穩定QTL位點緊密連鎖的KASP標記將有助于育種人員開展多穗小麥品種的選育工作。

圖4 分子標記KASP-AX-111151907（a）和KASP-AX-109962767（b）在川農17×川農11 RIL群體中驗證的部分結果

表4 基于KASP分子標記驗證QSn.sau-2D.2和QKl.sau-3D.2對產量相關性狀的影響

***：在＜0.001水平差異極顯著，基因型A表示與親本川農18相同的基因型，基因型B表示與親本T1208相同的基因型

***: significant at the level of<0.001, genotype A is the same genotype as parent Chuannong 18, and genotype B is the same genotype as parent T1208

3.2 多穗和長粒KASP標記的利用

傳統的雜交育種可以將不同的優良等位基因聚合在一起，獲得理想性狀，但是具有很大的局限性，對相應性狀分子遺傳機制不了解，育種周期長，并且需要花費大量時間和精力來鑒定表型，從而導致育種成本的提高，育種效率低下[25]。分子標記輔助育種如SSR標記、CAPS標記等已經廣泛應用于小麥的育種工作中，張兆萍等[26]利用4個與穗發芽抗性相關的標記在350份不同小麥種質材料進行驗證，最終篩選出2個分子標記可用于穗發芽抗性篩選，為篩選抗穗發芽小麥品種提供理論指導。Wang等[27]根據粒重相關基因的多態性序列開發了相應的CAPS標記，能夠有效區分不同等位基因從而達到篩選具有更高粒重的小麥品種。SNP分子標記作為植物基因組中最豐富的一類分子標記類型，目前已經廣泛應用于遺傳圖譜構建，遺傳變異分析等[28]。但是其在分子標記輔助育種應用程度仍然不夠普遍化[29]。本研究中開發的2個KASP分子標記，其中單位面積穗數相關的KASP分子標記在川農18×T1208雜交構建的RILs群體中能有效地對多穗基因型材料進行選擇，在多年試驗條件下，對多穗基因型材料的平均選擇率可達到72.58%，對低穗基因型的材料平均選擇率可達71.68%，而在多穗材料中，3年試驗條件下，多穗基因型分別占了60.98%、86.89%和88.33%，而在川農17×川農11雜交構建的RIL群體中該標記對于多穗基因型的選擇率可達46.51%，以上結果表明本研究開發的用于篩選多穗材料的KASP分子標記可靠性較高。值得注意的是，在本研究中單位面積穗數KASP分子標記對于多穗基因型材料的選擇率分析是建立在稀播的基礎上，以往的研究表明小麥品種川農18在大田生產密度下相比于對照成穗數顯著性增加[23]，因此，在大田種植密度下該分子標記對于多穗基因型材料的選擇率應該會有所增加。另外，本研究中開發的與粒長相關的KASP分子標記，在川農18×T1208雜交構建的RILs群體中對長粒基因型的平均選擇率可達69.86%，對短粒基因型的平均選擇率可達61.52%，在長粒材料中，3年試驗條件下，長粒基因型分別占了64.32%、68.56%和66.02%，而在川農17×川農11雜交構建的RIL群體中該標記對于長粒基因型的選擇率達44.74%，以上結果表明本研究開發的用于篩選長粒材料的KASP分子標記可靠性較高。本研究中多穗表型材料中多穗基因型占比和長粒表型材料中長粒基因型占比并未達到百分之百，可能的原因是因為這兩個性狀都屬于數量性狀由多基因控制，除了鑒定到的穩定主效QTL控制以外，還有許多微效基因共同控制相應的性狀，而在之前的研究中也表明了單位面積穗數和粒長還有諸多微效QTL控制[17]。

基因聚合育種與傳統聚合育種相結合已經成為了已經成為當今作物育種的新思路，并且已經取得了一定進展，如SALAMEH等[30]通過分子標記輔助育種選擇將春小麥品系CM-82036的和這兩個抗性主效基因導入到9個歐洲冬小麥品系中，結果發現當和聚合在一起時對赤霉病的抗性相比于單獨更強。眾所周知，由于營養競爭的關系，小麥的穗數增加，往往伴隨著粒重的下降[31-33]。因此，如果將增加粒重的基因與增加穗數的基因聚合在一起，理論上小麥的產量將得到提高。在本研究中，川農18×T1208的RILs群體中，有39個株系同時含有增加穗數和粒長的基因型，但是它們具體的產量表現如何，還有待進一步的驗證。

3.3 多穗和長粒KASP分子標記的其他用途

在小麥的產量相關性狀中，各農藝性狀之間往往具有顯著的相關性，如小麥的千粒重與粒長、粒寬之間呈現顯著性正相關，而與單位面積穗數、小穗數呈現出顯著性負相關[34]。這往往歸功于基因的“一因多效”，基因的“一因多效”在植物中廣泛存在，如小麥的矮稈基因也多次被報道對于多個農藝性狀具有影響，包括株高、千粒重、粒寬、單位面積穗數、旗葉大小等[17]。Lin等[35]定位到的2個控制小麥籽粒灌漿速度的QTL也同時對千粒重、粒長、粒寬、籽粒體積、籽粒面積、籽粒周長具有顯著性影響。在本研究中，具有多穗基因型的株系在株高、千粒重、粒長、粒寬、粒徑比和穗粒重方面都顯著性低于少穗基因型的株系；具有長粒基因型的株系在株高、千粒重、粒寬、粒徑比和穗粒重方面顯著高于短粒基因型株系，在單位面積穗數上顯著性低于短粒株系，這也表明本研究中開發的2個KASP分子標記對于農藝性狀株高、千粒重、粒長、粒寬、粒徑比、單位面積穗數和穗粒重的選擇上都具有一定的作用。

4 結論

開發的與單位面積穗數相關的KASP分子標記和粒長相關的KASP分子標記能夠分別區分川農18×T1208構建的RILs群體中的單位面積穗數和籽粒粒長的基因型，并有效鑒定單位面積穗數和粒長表型值的相對高低，可用于小麥高產育種。

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Development and Effect Evaluation of KASP Markers Closely Linked to Major QTLs of Spike Number Per Unit Area and Grain Length in Wheat

FAN Tao, LI Zhi, JIANG Qing, CHEN ShuLin, OU Xia, CHEN YongYan, REN TianHeng

College of Agronomy, Sichuan Agricultural University/Provincial Key Laboratory of Plant Genetics and Breeding of Sichuan Province, Chengdu 611130

】Spike numbers per unit area (SN) and kernel length (KL) are both important yield-related traits of wheat. Genetic improvement on SN and KL will help increase the yield of wheat. The corresponding KASP molecular markers were developed for theand the QTL, which were identified in previous study for increasing SN and KL, respectively. Both KASP markers were verified and evaluated in the RIL population crossed by Chuannong 18 and T1208, which laid a foundation for better utilization of these two QTLs.【】The major QTLfor SN and the major QTLfor KL were previously identified in the RIL population crossed by Chuannong 18 and T1208. The SNP molecular marker sequence of Wheat 55K SNP array within the two QTLs were used to develop and design the KASP molecular markers. The polymorphic KASP markers were screened with wheat parents and then verified in the RIL population. The selected KASP molecular markers were genotyped and used to identify the corresponding phenotypic traits in Chuannong 18×T1208 RILs population. The effects of the two major QTLs on other agronomic traits were analyzed.【】andhave polymorphic between the wheat parents. Subsequently, these two KASP markers were verified in the RIL population linkage withand, respectively.andcould divide the genotypes into two groups. According to the phenotype, the average selection rate offor multi spike lines was 72.58%, the average selection rate offor few spike lines was 71.68%, the average selection rate offor long kernel lines was 69.86%, and the average selection rate offor short kernel lines was 61.52%, indicating the reliability of the two KASP markers. Moreover, the genotyping results based on KASP molecular markers showed that the two QTLs had significant effects on plant height, 1000 kernel weight, kernel length, kernel width, kernel diameter ratio, spike numbers per unit area and kernel weight per spike, respectively. The validation in the RIL population of Chuannong17×Chuannong11 also indicated that these two KASP markers had a certain effect on the selection of the corresponding traits.【】This study developed two KASP markers for two major QTLand, respectively. Both KASP markers can be used for the selection of corresponding traits. These two QTLs which are tightly linked to these two KASP markers could significantly improve the SN and KL, respectively. In addition,had negative effects on plant height, 1000 kernel weight, kernel length, kernel width, kernel diameter ratio and kernel weight per spike. On the other hand,had positive effect on plant height, 1000 kernel weight, kernel width, kernel diameter ratio and kernel weight per spike, but had negative effects on SN. These two QTLs and the developed KASP markers can be used in the future high yield wheat breeding program.

wheat; spike numbers per unit area; kernel length; QTL; KASP; agronomic traits

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.14.002

2020-12-12；

2021-02-03

國家自然科學基金青年項目（31801357）、四川省科技廳應用基礎研究項目（2019YJ0510、2019YJ0509）、四川省科技創新創業苗子工程項目（2021JDRC0127）

范濤，E-mail：18328080816@163.com。通信作者任天恒，E-mail：renth@sicau.edu.cn

（責任編輯 李莉）