作物杂志,2019, 第1期: 44–49 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2019.01.007

所属专题: 小麦专题

• 遗传育种·种质资源·生物技术 • 上一篇    下一篇

小麦抽穗期和开花期性状的全基因组关联分析

张政1,牛胤全1,张东1,胡成梅1,苑乂川1,王绘艳1,王曙光1,曹亚萍2,孙黛珍1   

  1. 1 山西农业大学农学院,030801,山西太谷
    2 山西省农业科学院小麦研究所,041000,山西临汾
  • 收稿日期:2018-08-08 修回日期:2019-01-02 出版日期:2019-02-15 发布日期:2019-02-01
  • 通讯作者: 孙黛珍
  • 基金资助:
    山西省重点研发计划项目(201703D211007-4);山西省重点研发计划项目(201703D211007-6);山西省研究生优秀创新项目(2017BY064)

Genome-Wide Association Analysis of Wheat at Heading and Flowering Stages

Zheng Zhang1,Yinquan Niu1,Dong Zhang1,Chengmei Hu1,Yichuan Yuan1,Huiyan Wang1,Shuguang Wang1,Yaping Cao2,Daizhen Sun1   

  1. 1 College of Agriculture, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi, China
    2 Wheat Research Institute, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Linfen 041000, Shanxi, China
  • Received:2018-08-08 Revised:2019-01-02 Online:2019-02-15 Published:2019-02-01
  • Contact: Daizhen Sun

摘要:

为揭示控制小麦抽穗期和开花期性状的遗传位点,利用均匀分布在21条染色体上的106对SSR标记,对205份小麦品种构成的自然群体进行关联分析。结果表明,在106对SSR标记中共检测到879个等位变异,主要等位变异频率的变化范围为0.175~0.986,平均为0.548;多态性信息指数的变化范围为0.028~0.900,平均为0.557。采用混合线性模型共检测到7个与抽穗期和开花期显著关联(P<0.01)的位点,其中1个存在极显著关联(P<0.001)。另外,Xgwm182(5D)在灌溉条件下与抽穗期显著关联,Xbarc42(3D)在雨养条件下分别与抽穗期和开花期显著关联,这两个位点与前人的研究结果一致。Xgwm102(2D)在灌溉条件下与开花期显著关联,而Xgwm124(1B)在雨养条件下与抽穗期显著关联。Xgwm130(7A)在雨养和灌溉条件下均与抽穗期相关联。研究结果为小麦抽穗期和开花期性状的分子标记辅助选择育种提供了信息。

关键词: 小麦, 抽穗期, 开花期, 关联分析, 标记辅助选择育种

Abstract:

In order to reveal the genetic loci controlling the heading and flowering date of wheat, 106 pairs of SSR markers, evenly distributed on 21 chromosomes, and a natural population consisted of 205 accessions, were used to perform genome-wide association analysis. The results showed that 879 allelic variations were detected in 106 pairs of SSR markers. The main allelic variation frequency ranged from 0.175 to 0.986 with an average of 0.548. The polymorphism information index ranged from 0.028-0.900 with an average of 0.557. A mixed linear model was used to detect seven loci associated with significant heading and flowering date (P<0.01), one of which were extremely significant (P<0.001). In addition, Xgwm182(5D) was significantly associated with heading date under irrigation conditions. Xbarc42(3D) was significantly associated with heading and flowering date under rainfed conditions, respectively. These two sites were consistent with previous studies. Xgwm102(2D) was significantly associated with flowering date under irrigation conditions, while Xgwm124(1B) was significantly associated with heading date under rainfed conditions. Xgwm130(7A) was associated with heading date under rainfed and irrigation conditions. The above results provide information for molecular marker-assisted selection breeding of heading and flowering date in wheat.

Key words: Wheat, Heading date, Flowering date, Association analysis, Marker-assisted selection breeding

表1

不同处理表型数据的描述性统计"

年份
Year
环境
Environment
性状
Trait
平均值(d)
Average
标准差
Standard deviation
变幅(d)
Variable amplitude
变异系数(%)
Coefficient of variation
2017 雨养 抽穗期 216.60 2.17 213~223 1.00
开花期 222.36 1.78 218~227 0.80
灌溉 抽穗期 217.28 2.36 214~224 1.09
开花期 223.72 1.83 217~229 0.82
2018 雨养 抽穗期 239.23 2.31 235~247 0.97
开花期 244.21 1.60 241~250 0.66
灌溉 抽穗期 241.91 2.07 237~249 0.86
开花期 247.34 1.31 244~251 0.53

图1

基于106个SSR标记的205份小麦品种群体结构的分析 b:通过Structure V2.3.2软件分析的遗传结构"

表2

小麦抽穗期、开花期相关性状的关联分析"

生育期
Growing stage
标记
Marker
染色体
Chromosome
年份
Year
环境
Environment
P值
P value
表型解释率R2 (%)
Phenotypic interpretation rate R2
等位变异(bp)
Allelic variation
效应(d)
Effect
抽穗期Heading gwm182 5D 2017 灌溉 0.00721 7.62 160 -1.29
gwm130 7A 2018 雨养 0.00702 10.90 132 1.62
gwm130 7A 2018 灌溉 0.00305 12.18 132 2.04
barc42 3D 2018 雨养 0.00537 5.26 112 -1.85
gwm124 1B 2018 雨养 0.00312 8.10 190 -0.95
开花期Flowering gwm102 2D 2017 灌溉 0.00044 14.31 134 2.96
gwm218 3A 2017 灌溉 0.00636 11.32 136 -1.68
barc42 3D 2018 雨养 0.00537 5.26 112 -1.26
[1] 宋彦霞, 景蕊莲, 霍纳新 , 等 . 普通小麦 (T. aestivum L.)不同作图群体抽穗期QTL分析. 中国农业科学, 2017(11):2186-2193.
doi: 10.3321/j.issn:0578-1752.2006.11.004
[2] 宋彦霞 . 小麦抽穗期及其它农艺性状的QTL分析. 雅安:四川农业大学, 2005.
[3] 闫雪, 史雨刚, 李晓宇 , 等. 小麦开花期QTL分析. 山西农业科学, 2015,43(8):919-921,950.
doi: 10.3969/j.issn.1002-2481.2015.08.01
[4] 谷俊涛, 刘桂茹, 栗雨勤 , 等. 不同抗旱类型小麦品种开花期光合速率与抗旱性的比较研究. 河北农业大学学报, 2017(3):1-4.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1573.2001.03.001
[5] 何龙海 . 水稻抽穗期基因位点的连锁与关联分析. 南昌:江西农业大学, 2014.
[6] Mackay I, Powell W . Methods for linkage disequllibrium mapping in crops. Trends in Plant Science, 2007,12(2):57-63.
doi: 10.1016/j.tplants.2006.12.001 pmid: 17224302
[7] Qaseem M F, Qureshi R, Muqaddasi Q H , et al. Genome-wide association mapping in bread wheat subjected to independent and combined high temperature and drought stress. PLoS ONE, 2018,13(6):e0199121.
doi: 10.1371/journal.pone.0199121 pmid: 29949622
[8] 刘坤, 张雪海, 孙高阳 , 等. 玉米株型相关性状的全基因组关联分析. 中国农业科学, 2018,51(5):821-834.
[9] 李婉琳, 宋洁, 郭文 , 等. 马铃薯主要农艺性状的SSR标记关联分析. 分子植物育种, 2016,14(11):3102-3112.
[10] 赵波, 叶剑, 金文林 , 等. 不同类型小豆种质SSR标记遗传多样性及性状关联分析. 中国农业科学, 2011,44(4):673-682.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2011.04.003
[11] 赖勇, 吕仲昱, 贾建磊 , 等. 外引大麦农艺性状SSR关联位点及等位变异表型效应分析. 麦类作物学报, 2018,38(4):424-429.
doi: 10.7606/j.issn.1009-1041.2018.04.07
[12] 邹德堂, 赵广欣, 孙健 . 水稻淀粉合成候选基因OsAGPL3与淀粉相关性状的关联分析. 东北农业大学学报, 2017,48(9):1-10.
doi: 10.3969/j.issn.1005-9369.2017.09.001
[13] 郭杰 . 小麦育成品种穗顶部、基部结实性及其它产量相关性状的遗传解析. 南京:南京农业大学, 2015.
[14] Somers D J, Isaac P, Edwards K . A high-density microsatellite consensus map for bread wheat (Triticum aestivum L.). Theoretical and Applied Genetics, 2017(10):1105-1114.
doi: 10.1007/s00122-004-1740-7 pmid: 15490101
[15] Liu K, Muse S V . PowerMarker:an integrated analysis environment for genetic marker analysis. Bioinformatics, 2005,21(9):2128-2129.
doi: 10.1093/bioinformatics/bti282 pmid: 15705655
[16] Pritchard J K, Stephens M, Rosenberg N A , et al. Association mapping in structured populations. American Journal of Human Genetics, 2000,67(1):170-180.
doi: 10.1086/302959 pmid: 10827107
[17] Evanno G, Regnaut S, Goudet J . Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE:a simulation study. Molecular Ecology, 2005,14(8):2611-2620.
doi: 10.1111/j.1365-294X.2005.02553.x pmid: 15969739
[18] Hardy O J, Vekemans X . SPAGeDi:a versatile computer program to analyze spatial genetic structure at the individual or population levels. Molecular Ecology, 2002,2(4):618-620.
doi: 10.1046/j.1471-8286.2002.00305.x
[19] Bernardo R . Best linear unbiased prediction of maize single-cross performance. Crop Science, 1996,36(1):50-56.
doi: 10.2135/cropsci1996.0011183X003600010009x
[20] 胡建帮 . 262份小麦自然群体抽穗期的关联分析. 合肥:安徽农业大学, 2015.
[21] Zanke C, Ling J, Plieske J , et al. Genetic architecture of main effect QTL for heading date in European winter wheat. Frontiers in Plant Science, 2014,5:217.
doi: 10.3389/fpls.2014.00217 pmid: 4033046
[22] 张嘉楠 . 小麦资源材料抗旱相关性状关联分析及优异等位基因挖掘. 保定:河北农业大学, 2010.
[23] 王曙光, 史雨刚, 史华伟 , 等. 春小麦光合特性与抗旱性的关系研究. 作物杂志, 2017(6):23-29.
doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2017.06.005
[24] 赵京岚 . 粗山羊草和普通小麦主要农艺性状与SSR标记的关联分析. 泰安:山东农业大学, 2014.
[25] 刘国祥 . 小麦抽穗期基因遗传作图. 雅安:四川农业大学, 2012.
[26] 朱玉磊, 王升星, 赵良侠 , 等. 以关联分析发掘小麦整穗发芽抗性基因分子标记. 作物学报, 2014,40(10):1725-1732.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2014.01725
[27] 闫鹏娇 . 小麦K-CMS恢复系的遗传多样性研究及关联分析. 杨凌:西北农林科技大学, 2017.
[1] 常旭虹,王艳杰,陶志强,王德梅,马少康,杨玉双,徐哲莉,张燕,赵广才. 小麦立体匀播栽培技术体系[J]. 作物杂志, 2019, (2): 168–172
[2] 吴磊,王兰芬,武晶,王述民. 普通菜豆根系相关性状的关联分析[J]. 作物杂志, 2019, (2): 61–70
[3] 陶志强,王艳杰,王德梅,杨玉双,徐哲莉,赵广才,常旭虹. 冬小麦不同茎蘖生产力对立体匀播技术的响应[J]. 作物杂志, 2019, (2): 110–114
[4] 郭笑,王首驿,袁天怡,叶玉婷,张翼夫,金亦富,张瑞宏,张洪程. 小麦免耕播种机研究现状及展望[J]. 作物杂志, 2019, (2): 39–45
[5] 史娜溶,李静静,吴慧玉,孙道杰,冯毅,王辉,刘新伦,张玲丽. 西农979中长穗偃麦草(Thinopyrum ponticum)的遗传成分分析[J]. 作物杂志, 2019, (1): 15–21
[6] 欧行奇,任秀娟,李新华,欧阳娟. 小麦品种边行优势和内行表现对小区产量的影响[J]. 作物杂志, 2019, (1): 97–102
[7] 赵凯男,常旭虹,王德梅,陶志强,杨玉双,马瑞琦,朱英杰,徐哲莉,张保军,赵广才. 立体匀播和施氮量对冬小麦产量构成及旗叶光合性能的影响[J]. 作物杂志, 2019, (1): 103–110
[8] 龙素霞,李芳芳,石书亚,赵颖佳,肖凯. 氮磷钾配施对小麦植株养分吸收利用和产量的影响[J]. 作物杂志, 2018, (6): 96–102
[9] 时丽冉,白丽荣,吕亚慈,赵明辉,赵凤梧,李会敏. 小麦杂交品种衡9966苗期耐盐性分析[J]. 作物杂志, 2018, (6): 149–153
[10] 吕亮杰,陈希勇,张业伦,刘茜,王莉梅,马乐,李辉. 小麦GASA基因家族生物信息学分析[J]. 作物杂志, 2018, (6): 58–67
[11] 王汉霞,单福华,田立平,马巧云,赵昌平,张风廷. 北部冬麦区冬小麦区试品种(系)的稳定性和适应性分析[J]. 作物杂志, 2018, (5): 40–44
[12] 安霞,张海军,蒋方山,吕连杰,陈军. 播期播量对不同穗型冬小麦群体及子粒产量的影响[J]. 作物杂志, 2018, (5): 132–136
[13] 王嘉楠,李小艳,魏石美,赵会杰,赵明奇,汪月霞. 5-ALA对干旱胁迫下小麦幼苗光合作用及D1蛋白的调节作用[J]. 作物杂志, 2018, (5): 121–126
[14] 陆梅,孙敏,任爱霞,雷妙妙,薛玲珠,高志强. 喷施叶面肥对旱地小麦生长的影响及与产量的关系[J]. 作物杂志, 2018, (4): 121–125
[15] 赵广才,常旭虹,王德梅,陶志强,王艳杰,杨玉双,朱英杰. 小麦生产概况及其发展[J]. 作物杂志, 2018, (4): 1–7
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 赵广才,常旭虹,王德梅,陶志强,王艳杰,杨玉双,朱英杰. 小麦生产概况及其发展[J]. 作物杂志, 2018, (4): 1 –7 .
[2] 权宝全,白冬梅,田跃霞,薛云云. 不同源库关系对花生光合特性及产量的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 102 –105 .
[3] 黄学芳,黄明镜,刘化涛,赵聪,王娟玲. 覆膜穴播条件下降水年型和群体密度对张杂谷5号分蘖成穗及产量的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 106 –113 .
[4] 黄文辉, 王会, 梅德圣. 农作物抗倒性研究进展[J]. 作物杂志, 2018, (4): 13 –19 .
[5] 赵云,徐彩龙,杨旭,李素真,周静,李继存,韩天富,吴存祥. 不同播种方式对麦茬夏大豆保苗和生产效益的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 114 –120 .
[6] 陆梅,孙敏,任爱霞,雷妙妙,薛玲珠,高志强. 喷施叶面肥对旱地小麦生长的影响及与产量的关系[J]. 作物杂志, 2018, (4): 121 –125 .
[7] 王晓飞,徐海军,郭梦桥,肖宇,程薪宇,刘淑霞,关向军,吴耀坤,赵伟华,魏国江. 播期、密度及施肥对寒地油用型紫苏产量的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 126 –130 .
[8] 朱鹏锦,庞新华,梁春,谭秦亮,严霖,周全光,欧克维. 低温胁迫对甘蔗幼苗活性氧代谢和抗氧化酶的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 131 –137 .
[9] 高杰,李青风,彭秋,焦晓燕,王劲松. 不同养分配比对糯高粱物质生产及氮磷钾利用效率的影响[J]. 作物杂志, 2018, (4): 138 –142 .
[10] 商娜,杨中旭,李秋芝,尹会会,王士红,李海涛,李彤,张晗. 鲁西地区常规棉聊棉6号留叶枝栽培的适宜密度研究[J]. 作物杂志, 2018, (4): 143 –148 .