利用EcoTILLING挖掘小麦淀粉合成关键基因TaSSIV的单倍型与粒重相关

摘要

小麦是全球主要粮食作物之一，小麦淀粉是人类能量和碳水化合物的重要来源，占籽粒重量的70％。小麦籽粒中淀粉合成由一系列酶催化形成，其酶活性高低对籽粒重量和产量有显著影响。SSIV在淀粉合成中起重要作用，其主要功能是控制淀粉颗粒形成。为了挖掘更多有利的等位变异，利用EcoTILLING技术在362份中国和巴基斯坦小麦品种中筛选出TaSSIV-A，B和D基因一系列SNP位点，将这些SNP位点转化成高通量的KASP标记，鉴定TaSSIV基因单倍型，并对TaSSIV单倍型与农艺性状进行关联分析。主要结果如下: Ⅰ.通过EcoTILLING技术筛选到TaSSIV三个部分同源基因共38个SNPs，其中在TaSSIV-A，B和D中各筛选到10、15和13个SNPs。在筛选出的变异位点中,TaSSIV-A和TaSSIV-B基因各筛选出2个错义突变，TaSSIV-D基因筛选到3个错义突变。 Ⅱ.上述SNPs转化为高通量KASP标记。其中，TaSSIV-A基因4个标记(A1673T，C5952T，A2403C和C2436T)和TaSSIV-B基因2个标记(C1560T，C6107T)等位变异频率均大于5％，其余标记等位变异频率均小于5％。TaSSIV-D基因中所有SNPs等位变异频率均小于5％，因此不对其做进一步分析。 Ⅲ.在中国微核心种质库中，分别鉴定出TaSSIV-A和TaSSIV-B基因各3个单倍型，并且其等位变异频率均大于5％。TaSSIV-A基因单倍型分别为Hap-1A(AATC)，Hap-2-1A(ACTT)和Hap-3-1A(ACTC);TaSSIV-B基因单倍型分别为Hap-1-1B(CC),Hap-2-1B(TC)和Hap-3-1B(CT)。关联分析结果表明单倍型Hap-2-1A(ACTI)与千粒重(TGW)呈显著相关。 Ⅳ.在中国地方品种中，千粒重相关的优异单倍型(Hap-2-1A)频率较低，而在栽培品种中，在Ⅰ-Ⅳ麦区优异单倍型（Hap-2-1A）频率均高于50％。变异频率和地理分布结果表明，在中国小麦育种进程中，优异单倍型(Hap-2-1A)受到了正向选择。 Ⅴ.在巴基斯坦小麦品种中，优异单倍型（Hap-2-1A）在Punjab灌溉区和旱作区分布频率较高，分别为78％和52％。 本研究结果表明EcoTILLING技术可用于自然变异的挖掘，并且这些KASP标记可用于小麦分子标记辅助育种，为小麦产量提升和淀粉改良奠定基础。本研究在362份小麦品种中共鉴定出38个等位变异，关联分析结果表明其中一个单倍型与千粒重显著相关，并且该类单倍型可进一步用于后续研究，作为提升小麦产量相关性状的选择标准。