小麦农艺水分利用效率相关性状的QTL定位

Rapid and accurate identification index for wheat water use efficiency (WUE) is the key to select drought-resistant and water-saving wheat varieties. Marker-assisted selection is not affected by environment and alleles, thus the results are fast and reliable. However, the effective practical molecular markers used in drought-resistant and water-saving breeding are Uncommon. One of the main reasons is no significant correlation between marker and agricultural water use efficiency (WUE).The study found that wheat Carbon isotope resolution has significant correlation with the yield and WUE.This study use recombinant inbred lines (RIL) population derived from NingChun4(high yield, highΔ) × NingChun 27(drought-resistant,low Δ) and NingChun4 × Drysdale(drought-resistant,low Δ) to construct Molecular Genetic Linkage Map, in order to determine the position of major QTLs on chromosome,and on the molecular level to reveal the genetic effect of WUE and Δ Gm(Additive,epistatic) and the genetic mechanisms of interaction with the environment. Discover the QTLs with stable expression and high contribution rate in different water environment.It will lay a foundation for further development of the molecular markers,and have important theoretical significance and practical value drought-resistant and water-saving MAS wheat breeding.

准确、快速鉴定小麦农艺水分利用效率（WUE）的指标是选育抗旱、节水品种的关键，分子标记辅助选择不受环境影响和等位基因显隐性关系干扰，快速、可靠；然而目前真正用于抗旱节水分子育种的有效实用分子标记少，主要原因之一是标记性状与产量和农艺WUE相关性不强。研究发现小麦成熟籽粒碳同位素素分辨率（ΔGm）与产量和农艺WUE显著相关，本项目利用宁夏灌区主栽高产、高ΔGm小麦品种宁春4号分别与宁南山区抗旱、低ΔGm小麦品种宁春27号和澳大利亚抗旱、低ΔGm小麦品种Drysdale杂交构建的关联作图群体（RIL）为材料，构建小麦分子遗传连锁图谱；确定控制农艺WUE及ΔGm等性状主效QTL在染色体上的位置，从分子水平上揭示农艺WUE及ΔGm的遗传效应及其与环境的互作机制；发掘在不同水分环境下稳定表达、贡献率高的QTL位点，为开发其分子标记奠定基础，对支撑小麦抗旱、节水分子育种具有重要的理论意义和实用价值。

摘要：利用宁夏主栽高产优质小麦品种宁春4号分别与宁南山区抗旱春小麦品种宁春27号和澳大利亚抗旱春小麦品种Drysdale 杂交创制的2个RIL群体为材料，研究了正常灌水（T1）、生育后期限水（T2）和雨养（T3）条件对小麦农艺水分效率（WUE）相关的生理及产量性状的影响，分析了小麦WUE与生理、产量性状的相关性，进行了遗传图谱的构建和WUE相关性状QTL定位及其环境互作效应分析。研究结果表明：T1和T2条件下WUE与籽粒稳定碳同位素分辨率（籽粒△）和旗叶叶绿素含量（CHC）呈显著或极显著正相关，与冠层温度（CT）呈极显著负相关，各年度有相同的趋势，T3条件下各性状的相关不显著或没有规律性；利用简化基因组测序的方法构建了2个遗传群体的高密度遗传连锁图谱，遗传图谱的标记数分别为8751和8654个SLAF标签，总图距分别为1685.32cM和1410.75cM，平均图距分别为0.19cM和0.16cM；定位了78个控制籽粒△、CT和WUE等性状的QTL，其中以控制WUE和籽粒△的QWUE.naffs-2B和QWUE.naafs-3A表型贡献率较高，加性效应较大，稳定性最好。QWUE.naafs-2B定位在Marker650772~Marker580039之间，遗传距离1.2cM,加性效应值为0.9，表型贡献率为19.2%。QWUE.naafs-3A定位在Marker3810100~Marker3888343之间，遗传距离0.7cM，加性效应值为1.0，表型贡献率为22.4%；2个群体共检测到429对加性×加性的上位性位点，其中仅有少量位点发生了不同染色体间的上位性互作，且上位性×环境的贡献率都不足6%，说明这些QTL遗传稳定性好，受环境影响小，具有进一步挖掘利用其有效基因的价值。选育出2个适合宁夏灌区种植的高WUE（节水、高产）新材料AB77、ND129和2个适合雨养区种植的高WUE（抗旱、高产）新材料AB44、ND123。研究结果为进一步挖掘高水分利用效率基因，开发其分子标记奠定了基础，对小麦抗旱节水分子标记辅助育种具有重要的支撑作用。