野生二粒小麦抗旱、耐盐种质资源的鉴定及其全基因组关联分析

摘要

野生二粒小麦（Triticum dicoccoides,2n=4x=28,AABB）是四倍体野生种，是硬粒小麦（Triticum turgidum，2n=4x=28,AABB）和普通小麦（Triticum aestivum L,2n=6x=42,AABBDD）的直接祖先种，大约在10000年前被驯化栽培，在普通小麦的起源进化过程中扮演了重要角色。同时，野生二粒小麦还具有耐盐、抗旱、抗病以及籽粒微量元素含量高、高蛋白含量等诸多优良特性，是普通小麦遗传改良育种中重要的种质和基因库。为了挖掘野生二粒小麦种质中的优异抗逆资源，本试验对其抗旱、耐盐性进行了初步评价，结合全基因组关联分析，以期从中筛选优异抗逆种质及相关基因。主要结果如下： 1.以50份来自起源地的野生二粒小麦以及14份硬粒小麦为材料，在三叶期时通过150mM盐浓度处理1个月后调查了18种性状，并计算其耐盐指数（STI）。结果表明：整体上，野生二粒小麦材料的耐盐指数（STI=0.58）比硬粒小麦的耐盐指数（STI=0.64)低，但野生二粒小麦各性状的变异度均高于硬粒小麦，表明野生二粒小麦的遗传变异更大；根据主成分分析发现根长（r_lenght）、根体积（r_volume）、根直径（r_diameter）等性状与盐处理显著相关，可以作为野生二粒小麦耐盐性评价指标；综合所有性状，筛选到了1份极耐盐野生二粒小麦材料W77（STI=0.97）和6份耐盐特性高的野生二粒小麦材料，为小麦耐盐遗传改良奠定了物质基础。 2.以79份野生二粒小麦为材料（包含有耐盐处理中的27份材料）进行抗旱处理，以19.2%的PEG溶液模拟干旱环境处理1个月，调查生物量并计算得到抗旱指数（DTI）作为指标筛选抗旱材料。结果表明：具有较强抗旱能力的材料有2份（DTI≥0.7），分别为W105和W96，筛选到了1份极抗旱材料W130（DTI=1.04）；结合STI及DTI值，筛选到4份同时具有较强抗旱、耐盐特性的材料，即W77,W81,W105及W107。这些材料为抗旱耐盐相关基因的发掘与分析机制研究提供了重要依据。 3.利用小麦90K高通量SNP芯片对113份四倍体材料（包含抗旱、耐盐筛选所用野生二粒小麦材料87份，其他硬粒小麦12份）进行了基因分型，总共获得了55202个高可信度的SNP位点信息，群体结构分析发现野生二粒小麦与硬粒小麦在遗传进化中发生了严重的分歧，完全分成了两个不同的亚群，而且作为栽培种的硬粒小麦，受到了更强大的人工选择效应，遗传多样性明显比野生二粒小麦低。 4.以43份同时具有耐盐表型性状和SNP基因型的野生二粒小麦为材料，选择8个和耐盐处理显著相关的表型性状（根直径、根体积、根干重、根鲜重、茎干重、茎鲜重、茎失水率、耐盐指数），进行全基因组关联分析。结果表明：（1）通过QQ图观察各性状实际p值和期望p值的关系确定一般线性模型（GLM）为最适模型；（2）在对照水平下与性状显著相关的位点成功关联到54个；（3）盐处理水平下与性状显著相关的位点有37个；（4）与耐盐指数显著相关的位点有2个；（5）同时控制多个性状的多效位点有15个。 本研究筛选到的耐盐抗旱相关种质资源及与耐盐性状显著相关的SNP标记位点为小麦抗旱、耐盐育种提供了重要的种质和工具，对推动抗旱、耐盐小麦遗传改良和新品种培育具有重要意义。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1.1野生二粒小麦概述

1.1.2野生二粒小麦的起源、进化和分布

1.1.3野生二粒小麦的研究进展

1.1.4野生二粒小麦是重要的种质资源

1.2 植物的盐、旱胁迫

1.2.1盐胁迫对植物的影响

1.2.2旱胁迫对植物的影响

1.2.3旱、盐胁迫下的调节机制

1.3.1关联分析的基础和特点

1.3.2关联分析的研究策略

1.3.3关联分析在植物中的应用

1.4 本研究的目的和意义

2.1试验材料和方法

2.2鉴定及筛选评价指标

2.2.1 抗旱鉴定筛选评价指标

2.2.2 耐盐鉴定筛选评价指标

2.3 结果与分析

2.3.1 抗旱筛选结果与分析

2.3.2 耐盐筛选结果与分析

2.4 小结与讨论

第三章 群体结构及全基因组关联分析

3.1试验材料和统计方法

3.2 DNA的提取

3.3结果与分析

3.3.1 90K芯片基因型的群体结构分析

3.3.2耐盐相关性状的全基因组关联分析

3.4小结与讨论

第四章 结论

参考文献

附录

致谢

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