小麦种子活力相关性状的全基因组关联分析及种质资源评价

作     者：陈强 

作者单位：四川农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蒲至恩;蒲宗君

授予年度：2022年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：小麦 种子活力 全基因组关联分析 SNP标记 

摘      要：小麦作为主要的粮食作物,在保障我国人民粮食安全上极为重要,而种子活力是衡量种子质量和决定产量的重要指标,因此对种子活力的研究是保障农业增产增效的前提。本研究以遗传背景广泛的406份世界小麦为材料,种植于E1(2019年雅安)、E2(2019年崇州)、E3(2020年崇州)3个环境,采用4种测定种子活力的方法,测定16个种子活力相关指标,分析种子活力与各指标之间的相关性,筛选出高、低活力种质资源供育种利用,并结合高通量Wheat660K SNP芯片上的标记,对406份材料构成的自然群体进行全基因组关联分析,筛选与种子活力相关的显著SNP标记,预测候选基因,筛选种质资源,为小麦品种改良提供理论依据。主要研究结果如下:1.种子活力表型分析。种子活力的变异分析表明环境和品种会影响种子的活力;不同测定方法揭示的种子活力的变异程度不同,其中人工加速老化试验能更好地反映种子活力的差异。种子活力与其他性状的相关性分析表明,发芽率与苗长无显著相关性,其余各指标之间成显著正相关;电导率与种子活力呈显著负相关;品质指标与种子活力没有显著相关性,本研究中的品质指标含量不能反映种子活力大小。主成分分析共提取了4个与种子活力密切相关主成分,分别是老化活力指数、活力指数、苗长和电导率。2.种子活力全基因组关联分析。标准发芽试验下共检测到显著SNP位点2417个,极显著SNP位点253个,有22个QTL区间内分布的极显著SNP至少被检测到3次以上;人工加速老化试验下共检测显著标记1650个,电导率测定下共检测到显著标记402个。显著标记在各条染色体上均有分布。3.候选基因筛选。重点对活力指数、老化活力指数、电导率这三个指标进行了QTL区间候选基因的筛选。涉及能在2个及以上的环境或性状中同时被关联到的33个QTL区间,分布在1A、1B、2A、2B、2D、3A、3B、4A、5A、5B、6A、6B、7A、7B染色体上;对这些稳定的QTL区间进行候选基因筛选,共筛选到1321个基因,包括F-box等家族蛋白、MYB等转录因子、抗氧化剂、酶抑制剂、氧化还原酶、蛋白激酶、细胞色素P450、水解酶、核酸内切酶等,其中有103个基因在多个种子活力指标中检测到。4.种质资源筛选。根据主成分分析结果和种子活力评价指标,筛选出种子活力最低的是核生二号,该材料活力指数为57.95、老化活力指数为4.26;种子活力最高的是FRECCIA,活力指数为139.66、老化活力指数为70.55;综合活力指标的聚类分析表明世界小麦分为高、低活力2类,低活力小麦品种共有257份,占供试材料的63%,其中ICARGA品种83份,美原品种21份,十大麦区品种153份;高活力品种共有149份,占供试材料的37%,其中ICARGA品种51份,美原品种5份,十大麦区品种93份。