利用55K液相SNP芯片解析蜀麦753/孝感麦衍生品系的遗传构成OA

来自湖北当阳的白粒农家种孝感麦(ZM011362)具多花多粒、多有效分蘖、稳定的穗发芽和成株期条锈病抗性的特点,是可供当前小麦育种利用的潜在优异种质。前期研究以小麦农家种孝感麦为供体、携带全生育期条锈病抗性基因且综合性状良好的育成品系蜀麦753为受体,通过杂交、回交及连续多代自交并利用育种目标性状“分段式”育种技术,育成了178份蜀麦753/孝感麦衍生品系。本研究旨在分子水平上解析蜀麦753/孝感麦衍生品系的遗传基础,明确控制其产量、抗病及耐逆性的关键染色体区段,为利用小麦农家种进行遗传改良提供重要的分子依据。利用小麦55K液相SNP芯片对孝感麦、蜀麦753及其178份衍生品系进行全基因组扫描,共获得52,779个有效纯合多态性SNP位点。通过多态性SNP位点对双亲及其衍生品系遗传相似性及遗传构成进行分析,双亲遗传相似性系数仅为0.44,表明孝感麦与蜀麦753在分子水平上遗传差异大。蜀麦753/孝感麦衍生品系在全基因组分子水平上与其系谱血缘构成基本吻合,偏分离现象并不明显。基于标记-表型全基因组关联分析,共鉴定出127个与株高(14个)、穗长(12个)、小穗数(21个)、有效分蘖(20个)、千粒重(25个)及相对籽粒发芽指数(35个)显著相关的染色体区段(位点)。亲本遗传贡献分析发现,农家种孝感麦和蜀麦753传递至衍生品系的SNP位点占比变幅分别为7.88%~43.95%和56.05%~92.12%,其平均占比分别为26.45%和73.55%。在衍生品系中,共鉴定出来自孝感麦和蜀麦753染色体区段大小不等(0.01~108.75 Mb)、贡献率≥80%的高频选择区段分别为86个和259个,且呈不均匀状态分布于小麦基因组的21条染色体上。结合全基因组关联分析发现,来自孝感麦及蜀麦753的43个高频选择染色体区段与株高、穗长、小穗数、有效分蘖、千粒重及相对籽粒发芽指数显著相关,其中,16个区段同时控制着2个或以上性状,具有多效性。进一步对14个优异衍生品系中的高频选择染色体区段遗传构成进行分析,发现这些与重要产量相关性状显著关联的高频选择染色体区段在衍生后代中的优先传递及作为主要靶点进行定向选择,是成功利用农家种孝感麦改良蜀麦753的产量结构并实现了产量与抗病耐逆协同改良的根本所在。