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小麦茎秆水溶性碳水化合物含量主效QTLQWSC.caas-7DS精细定位OA

Fine Mapping of a Major QTL QWSC.caas-7DS for Stem Water-soluble Carbohydrate Content in Wheat(Triticum aestivum)

中文摘要英文摘要

茎秆贮藏型水溶性碳水化合物(water-soluble carbohydrates,WSC)是小麦(Triticum aestivum)籽粒灌浆的重要碳源,提高茎秆WSC含量是实现小麦高产稳产的重要途径.QWSC.caas-7DS是利用'扬麦16'/'中麦895'加倍单倍体(doubled haploid,DH)群体定位到的1个调控小麦花后10 d茎秆WSC含量(WSC10)的稳定主效QTL,其物理区间长11.7 Mb.对QWSC.caas-7DS进行精细定位、发掘其候选基因并开发分子标记对小麦茎秆WSC遗传改良具有重要意义.为此,本研究选择DH群体中QWSC.caas-7DS位点基因型不同而其余WSC10 QTL基因型相同的家系配制组合XY015/XY102,并逐步构建F2、F2:3、F2:4等多个世代次级分离群体.基于'扬麦16'和'中麦895'基因组重测序数据,针对QWSC.caas-7DS区间开发了20个竞争性等位基因特异性PCR(kompetitive allele-specific PCR,KASP)标记并利用755个次级F2 单株构建了QWSC.caas-7DS加密遗传图谱.利用衍生自35个F2交换单株的F2:4纯合家系在3个环境下的WSC10表型数据,将QWSC.caas-7DS精细定位至7DS染色体66.44~69.14 Mb区间.综合分析'扬麦16'和'中麦895'目标QTL区段重测序数据、基因功能注释和表达谱数据,初步确定6个基因为QWSC.caas-7DS的候选基因.根据基因表达谱数据,候选基因Vrn-D3(ID号:TraesCS7D01G111600)在茎、叶等组织中高表达,其可能通过调控源库间碳平衡来调控茎秆WSC含量和千粒重(thousand-kernel weight,TKW).对Vrn-D3进行克隆测序发现,亲本间在第3外显子上存在G碱基"插入/缺失"变异,并开发了其功能标记Vrn-D3M.对黄淮麦区157份小麦品种(系)多环境表型数据分析表明,携带'中麦895'型等位变异的品种可有效提高WSC10和TKW.本研究为QWSC.caas-7DS目标基因克隆及功能研究奠定了重要基础,为QWSC.caas-7DS的育种应用提供了高效分子标记.

Stem-reserved water-soluble carbohydrates(WSC)serve as a crucial carbon source for grain filling in wheat(Triticum aestivum).Enhancing stem WSC content is a key strategy for achieving high and stable grain yield.The major-effect QTL QWSC.caas-7DS,which regulates stem WSC content at 10 d after flowering(WSC10),was previously identified in the'Yangmai 16'(YM16)/'Zhongmai 895'(ZM895)doubled haploid(DH)population,with physical interval of 11.7 Mb.To fine-map this QTL,identify the candidate genes,and develop molecular markers,a cross XY015/XY102 was made with 2 DH lines XY015 and XY102 that contrast in genotype at QWSC.caas-7DS but shared identical genotypes at other known WSC loci.Subsequently,F2,F2:3,and F2:4 segregating populations were constructed.Based on whole-genome resequencing data of YM16 and ZM895,20 kompetitive allele-specific PCR(KASP)markers were successfully developed within the target interval,and a high-density genetic map was constructed using 755 F2 individuals.The homozygous F2:4 lines derived from 35 recombinant F2 plants were used for phenotyping of WSC10 in 3 environments;in combination with the genotypic data of these lines,QWSC.caas-7DS was finely mapped to the 66.44~69.14 Mb interval on chromosome 7DS.Comprehensive analysis of genomic resequencing data of YM16 and ZM895,along with annotations and expression profiles of the genes in the QTL interval,6 genes were preliminarily presumed as the candidate genes for QWSC.caas-7DS.According to the gene expression profile database,Vrn-D3(gene ID:TraesCS7D01G111600),one of the candidate genes,showed high expression levels in stem and leaf tissues,and it may regulate stem WSC and thousand-kernel weight(TKW)by modulating carbon balance between source and sink tissues.Vrn-D3 was cloned from YM16 and ZM895,and a G base"insertion/deletion"variation located in the third exon was identified.A molecular marker,Vrn-D3M,was developed for genotyping this variation and was validated in 157 wheat varieties from the Yellow and Huai Valleys Winter Wheat Zone.The results indicated that Vrn-D3M could be effectively used for molecular breeding targeting for improvement of WSC10 and TKW.The findings of this study lay a solid foundation for the final cloning and functional study of QWSC.caas-7DS,and also provide an efficient molecular tool for breeding applications.

付路平;任妍;刘金栋;李韬;李吉虎;王广梁;薛博阳;朱学元;孟恒宇;刘炳亮;赵仁慧;杨子博;张勇

江苏省作物基因组学与分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室/扬州大学 农学院,扬州 225009||扬州大学/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心,扬州 225009小麦玉米两熟高效生产全国重点实验室,北京 100193||河南农业大学 农学院,郑州 450046中国农业科学院 作物科学研究所,北京 100081江苏省作物基因组学与分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室/扬州大学 农学院,扬州 225009||扬州大学/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心,扬州 225009山东省农业科学院 作物研究所,济南 250100江苏省作物基因组学与分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室/扬州大学 农学院,扬州 225009||扬州大学/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心,扬州 225009江苏省作物基因组学与分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室/扬州大学 农学院,扬州 225009||扬州大学/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心,扬州 225009江苏省作物基因组学与分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室/扬州大学 农学院,扬州 225009||扬州大学/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心,扬州 225009江苏省作物基因组学与分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室/扬州大学 农学院,扬州 225009||扬州大学/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心,扬州 225009江苏省作物基因组学与分子育种重点实验室/植物功能基因组学教育部重点实验室/江苏省作物遗传生理重点实验室/扬州大学 农学院,扬州 225009||扬州大学/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心,扬州 225009江苏里下河地区农业科学研究所/农业农村部长江中下游小麦生物学与遗传育种重点实验室,扬州 225007江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所/淮安市农业生物技术重点实验室,淮安 223001江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所/淮安市农业生物技术重点实验室,淮安 223001

农业科技

小麦水溶性碳水化合物千粒重精细定位QWSC.caas-7DSVrn-D3

WheatWater-soluble carbohydrateThousand-kernel weightFine mappingQWSC.caas-7DSVrn-D3

《农业生物技术学报》 2026 (5)

913-930,18

山东省重点研发计划项目(2023CXPT016)国家自然科学基金(32101771)江苏省基础研究计划项目(BK20210795)北京市自然科学基金面上项目(6242031)省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室开放课题(SKL2023KF09)扬州市"绿扬金凤计划"人才项目(YZLYJFJH2021YXBS148)

10.3969/j.issn.1674-7968.2026.05.001

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