THEORETICAL AND APPLIED GENETICS|小麦研究中心为小麦的品质遗传改良提供了重要遗传理论依据
发布日期:2022-09-30 浏览次数:1  信息来源:生物学院

2022年9月22日,中国农业大学农学院小麦研究中心在THEORETICAL AND APPLIED GENETICS杂志上在线发表了题为“Pinb-D1p is an elite allele for improving end-use quality in wheat (Triticum aestivum L.)”的研究论文,该研究报道了10个和小麦SDS沉降值相关的QTL位点,第一次发现小麦5D染色体短臂上的主效QTLQsdss-5D包含有一个小麦硬度基因Pinb,该基因的Pinb-D1p单倍型对小麦的SDS沉降值有正向贡献,对小麦的品质遗传改良提供了重要遗传理论依据。

    首先,该团队对普通栽培小麦品种农大3331与一个西藏半野生小麦品种藏1817为双亲所构建的重组自交系(RIL)群体进行了多年多点SDS沉降值测定。利用小麦55K基因芯片对双亲及189个RIL系进行了基因分型并构建遗传图谱,后经QTL分析得到了10个与SDS沉降值相关的QTL。其中4个位于1A、1B、5D染色体上的主效QTL:Qsdss-1AQsdss-1B.1、Qsdss-1B.2Qsdss-5D(图1)分别与编码高分子量谷蛋白亚基1Ax1的Glu-A1位点、1B/1R易位、Glu-B1位点的1Bx7+1By8位点以及硬度控制位点Pina-D1和Pinb-D1有关。

图1 与SDS沉降值相关的4个主效QTL

 

该团队不仅提供了高分子量谷蛋白亚基1Ax1类型对小麦加工品质的贡献大于1Ax-null类型的遗传证据,也提供了高分子量谷蛋白亚基1Bx7+1By8类型对小麦加工品质的贡献大于1Bx14+1By15类型的遗传证据。更重要的是,该团队首次报道了Pinb-D1p对小麦SDS沉降值有正向贡献。该团队发现藏1817的籽粒硬度基因Pinb基因单倍型是Pinb-D1p类型,并在双亲Pinb基因的InDel差异位点设计了一对KASP标记,利用该标记对群体进行分型,分析发现两个亚群之间的SDS沉降值表型在三个环境中存在显著差异(P<0.01)(图2),说明Pinb-D1p单倍型也对小麦SDS沉降值也有正向的贡献。

图2 RIL群体Pinb位点KASP分型后表型数据比较分析

 

    为了对比Pinb-D1bPinb-D1p单倍型的效应,该团队在将谷蛋白亚基类型固定后,收集到24种Pinb-D1p单倍型材料和33种Pinb-D1b单倍型材料,最终发现两种单倍型材料之间SDS沉降值并没有显著差异,说明Pinb-D1p单倍型对小麦SDS沉降值可能和Pinb-D1b单倍型一样有相同的影响。该团队也对比了Pinb-D1aPinb-D1pPinb-D1b三种单倍型在不同小麦材料中的分布情况,分析发现, Pinb-D1b单倍型在现代栽培普通小麦和栽培优质小麦中,分别占到55%和86%的占比,说明在小麦品质改良过程中Pinb-D1b单倍型受到了强烈的人工选择, Pinb-D1p单倍型占比却很低,在栽培小麦和优质小麦中仅占到11%和5%。然而Pinb-D1p单倍型在普通地方种与西藏地方种中更普遍,分别达到33%和12%,并且西藏地方种的Pinb-D1p/Pinb-D1b占比相较于普通地方种的占比更高(图3)。之前有研究表明西藏高海拔条件造成了当地小麦基因组的广泛重排,我们基于这些结果推测:来自西藏地区的地方品种可能含有未被充分挖掘利用的优良基因型,可用于小麦品质改良。

图3 Pinb-D1bPinb-D1p等位基因对SDS-SV的影响及Pinb-D1aPinb-D1pPinb-D1b等位基因在不同小麦材料中的分布频率比较

 

综上,该团队对小麦高分子量谷蛋白亚基,1B/1R易位以及籽粒硬度Pin基因对小麦品质的影响提供了遗传证据,开发了一系列可以直接用于小麦遗传改良的分子标记。该团队也首次发现Pinb-D1p单倍型对小麦品质性状有着与Pinb-D1b单倍型相同的贡献,该单倍型有一定的应用潜力,并且发现来自西藏地区的地方品种可能含有未被充分挖掘利用的优良基因型,可用于小麦品质改良。这些研究结果为小麦品种的品质遗传改良奠定了坚实的遗传基础与理论依据。

 

中国农业大学农学院小麦研究中心姚颖垠教授为论文通讯作者,博士研究生常思远,博士后陈倩为论文的共同第一作者;小麦研究中心孙其信教授、倪中福教授、彭惠茹教授、辛明明教授、宿振起教授、胡兆荣副教授、郭伟龙副教授、刘杰副教授、杜金昆副研究员、硕士研究生杨涛、博士研究生李彬永参与了该论文工作。该研究得到国家自然科学基金(32125030),国家重点研发计划(2020YFE0202300),海南崖州湾种子实验室(B21HJ0502)的资助


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