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 利用高產廣適親本揚麥158和抗紋枯病種質資源CI12633構建的重組自交系（RIL）群體為研究對象，采用ddRAD-seq技術開發SNP標記并構建遺傳連鎖圖，結合RIL群體2018—2020年的千粒重表型數據進行千粒重相關QTL的定位。結果表明：RIL群體的千粒重存在超雙親分離，且基本符合正態分布，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檢測到，可能為主效QTL，可用于分子標記輔助選擇育種。

關鍵詞 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（資源服務）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]。據國家統計局數據，我國年均小麥播種面積和產量分別為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，而小麥總產量因新品種、新技術的應用而穩中略增[2]。小麥作為分蘗成穗特性作物，其單位面積產量由單位面積穗數、每穗粒數和千粒重決定，即產量“三要素”，其中千粒重的遺傳率最高，且與穗數和穗粒數的相關性小，因此，在不能擴大種植面積的情況下，提高小麥單產是提高小麥總產及保障糧食安全的重要措施[3]。

近年來，通過不同遺傳背景、環境條件等方式發現了大量關于小麥千粒重的QTL位點，但這些QTL位點因受遺傳效應不穩定、解釋率偏低等影響，只有較少QTL位點能通過開發相應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藝親本揚麥158和抗紋枯病資源CI12633構建充足自交系（RIL）群體，并利用雙親間存在多態性的SSR標記和采用ddRAD-seq技術開發的SNP標記，構建高密度連鎖圖譜。通過連續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 試驗材料及田間設計

群體以高產穩產高配合力品種揚麥158（江蘇里下河地區農業科學研究所提供，千粒重約44 g）為母本，抗紋枯病種質資源CI12633（江蘇省農業科學院種質資源與生物技術研究所提供，千粒重約28 g）為父本，雜交配組后采用連續單粒傳法于2018年構建了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國家雜交水稻育種創新基地，試驗采用隨機區組設計，3次重復，每個材料單行播種，行長1 m，行距25 cm， 每行50粒。田間管理同當地大田。

1.2 RIL群體遺傳連鎖圖的構建

RIL群體的基因型分析和遺傳連鎖圖的構建參照文獻[10]，構建的遺傳連鎖圖含有31個連鎖群，均可分配到相應的染色體，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 千粒重調查和數據分析

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

1.4 QTL定位 結合遺傳連鎖圖[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分布，說明小麥千粒重為數量遺傳性狀。經方差分析可知，RIL群體家系間、不同試驗年份間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

利用構建的遺傳連鎖圖譜和2018—2020年RIL群體表型數據進行QTL分析，共檢測到8個與籽粒千粒重相關的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

該研究發現的6B染色體上位于80.83～84.45 cM的QTL在2018—2020年研究結果中均可檢測到，LOD值最高為4.15，且貢獻率均在10%以上。經比較前人研究結果發現，吳旭江等[6]利用揚麥9號和CI12633構建的RIL群體也在6B染色體定位到穩定的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構建的RIL群體在6B染色體上定位了3個與小麥千粒重相關的QTL，其中與該研究定位到的QTL相近的 QTgw.cau-6B.3 可在3個不同環境下被監測到，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（標記區間分別為CA594434d～wPt-3581、xWpt0052和Xgwm889～Xgwm1486）檢測到與千粒重相關的QTL，且相關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為穩定主效QTL，可用于分子標記輔助選擇育種。

該研究發現的4A染色體上位于75.04～75.25 cM的QTL在2019和2020年結果中均可檢測到，2年貢獻率分別為9.7%和10.8%。經比較前人研究發現， 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個與千粒重相關的QTL（標記區間分別為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年監測到，這可能與該基因受環境影響較大有關。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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