小麦7AL染色体上千粒重主效QTL的精细定位及其应用研究

Thousand grain weight (TGW) is one of the three yield components, increasing TGW is an effective way for high yield breeding. TGW is a quantitative trait, which is controlled by many quantitative trait loci (QTLs). Fine mapping of the major QTLs, is the prerequisite for candidate gene cloning and mark-assisted-selection(MAS) for high yield breeding in wheat. Based on the previously reported data and our preliminary results, a major QTL for TGW on 7AL near marker Xgwm332 was selected for study. In the proposed research, a primary QTL mapping population was constructed, and it will be used to develop new markers in the candidate region, by taking the advantage of wheat sequence, comparative genomics, 9k/90k-SNP and GBS (genotyping by sequencing). Near-isogenic lines for the QTL region will be developed for fine mapping. By this study, the major QTL of TGW on the 7AL will be fine-mapped (<0.2cM). Based on the fine-mapping results, several markers in close proximity of the major QTL will be developed for MAS, and the candidate QTL (region) association analysis will be used for detecting the excellent alleles in the breeding materials. This research will lay a solid foundation for the gene cloning and MAS in breeding wheat for high yield, and it will also provide valuable references for the fine-mapping of other important traits in common wheat.

千粒重是小麦产量三要素之一，提高千粒重是高产育种的有效途径。千粒重是多基因控制的数量性状，对其主效QTL进行精细定位的研究是基因克隆和分子育种的必要前提。基于已有研究和我们的验证结果，选择了小麦7AL上Xgwm332附近控制千粒重的主效QTL为研究目标；综合利用已报道标记、小麦基因组序列信息、9k/90k-SNP芯片和GBS (genotyping by sequencing) 等途径，在已有初级定位群体中发掘目标区段的新标记，并利用新开发标记扫描精细作图群体（>5000株），从而实现对目标QTL的精细定位（<0.2cM）；基于精细定位结果，开发与目标QTL紧密连锁、简易高通量的分子标记，并利用候选QTL（区间）关联分析的方法发掘其优异等位基因，为小麦高产分子育种提供重要标记及基因信息。本研究是小麦千粒重相关基因克隆和高产分子育种的前提和基础，具有重要理论意义和实际价值。

千粒重（Thousand grain weightT,TGW）是小麦产量构成三要素之一， 是由多基因位点控制的数量性状（Quantitative trait loci，QTL）。QTL定位（QTL mapping）是研究TGW遗传的主要途径。目前已定位的与小麦千粒重相关的QTLs遍布于小麦的21条染色体，但研究结果以初级定位为主。由于受初级定位群体大小（100-200）、标记数量（300-500）等因素的限制，所定位的标记与目标QTL距离较远，且大多QTL的效应未在其他群体或近等基因系中进行验证，使得关于小麦千粒重QTL定位的研究尚不能满足分子育种的需要。因此，开展控制小麦千粒重主效QTL精细定位及其应用的研究十分必要。本课题基于前期初级定位研究结果，选择了位于小麦7A染色体长臂上控制小麦千粒重的主效QTL（TaTKW-7AL）为目标，利用自然群体、分离群体（RIL）及近等基因系（NIL）分别验证候选QTL的遗传效应并开展了精细定位的研究。研究发现，TaTKW-7AL在分离群体、自然群体及近等基因系群体中其优异等位变异分别可提高千粒重2.50g，1.10g和3.60g。利用小麦90k SNP芯片，将目标QTL定位于SNP13913及SNP5913的～1.2cM的区间。利用上述侧翼标记和5,200株近等基因系分离群体（BC5F2）对TaTKW-7AL进行精细定位研究。根据90k SNP芯片数据及中国春小麦的参考基因组序列，在1.2cM区间内加密了3个标记，根据重组体的表型及基因型数据，将目标QTL精细定位于SNP13913及STS-6693的～0.2cM区间内。基于精细定位的研究结果，将其紧密连锁的侧翼标记（SNP13913, SNP5913 及STS-6693）开发成了简易、低成本、高通量的KASP及STS标记以用于小麦高产分子育种。目前，关于TaTKW-7AL候选基因的筛选及鉴定工作仍在继续。TaTKW-7AL的精细定位为今后在小麦中开展重要产量性状的基因（QTL）的精细定位及图位克隆的开展提供了重要参考。