小麦1A染色体钾高效QTL的精细定位

Abstract: Potassium (K) is one of the most important elements for wheat nutrition. The serious lack of K mineral resources led to large quantities of K fertilizer imports (70%) in China. At the same time, the great quantity of K reserves in the soil of northern China. Therefore, to further explore the genetic potential of wheat genotypes which can improve the utilization of soil K is one of the effective ways to alleviate the lack of K resources in China. The traits relation to K use efficiencies of wheat are quantitative traits, however,QTL analysis and fine mapping of them were rare reported until now. Using a set of recombinant inbred lines (RILs) of wheat, we conducted nutrient culture experiments at seedling stage, pot culture and field culture at adult stage. A stable and major QTL cluster for K use efficiency was detected in these experiments. The related QTLs of this cluster were located within 5.2 cM in marker interval wPt-730213－wPt-731476 on chromosome 1A, explaining 10.9% to 37.76% of the phenotypic variations. The object of this study is to develop BC4F2 secondary mapping population (more than 3000 lines) and to construct a high-density molecular linkage map in that marker interval, then obtain the fine map of the major QTLs in this cluster. This study will provide molecular basis for the map-based cloning of the related gene/QTLs and for molecular marker-assisted selection.

摘要：钾是小麦生长必需的大量营养元素。我国钾矿资源严重缺乏，70%的钾肥需要进口。同时，我国北方土壤中钾储量却十分丰富。充分挖掘、利用小麦本身的基因潜力、提高土壤钾利用率是缓解我国钾资源缺乏的有效途径。小麦钾养分利用是受多基因控制的数量性状，但迄今尚未见其QTL分析及精细作图的报道。我们利用小麦重组自交系（RIL）群体，采用苗期液培试验和成株期盆栽、大田试验，在1A染色体wPt-730213－wPt-731476区间，遗传距离5.2 cM的区段内，初步定位了一个稳定表达的钾养分利用主效QTL簇，可以解释相关性状表型变异的10.9%-37.76%；本研究拟在此基础上，用高代回交系创建规模不小于3000的BC4F2次级作图群体，绘制该目标区段高密度分子标记遗传图谱，并对该QTL簇进行精细定位。本研究将为下一步该基因的图位克隆和分子标记辅助选择奠定分子基础。

钾是小麦生长必需的大量营养元素。我国钾矿资源严重缺乏，大量的钾肥需要进口。同时，我国北方土壤中钾储量却十分丰富。充分挖掘、利用小麦本身的基因潜力、提高土壤钾利用率是缓解我国钾资源缺乏的有效途径。小麦钾养分利用是受多基因控制的数量性状， 其QTL分析及精细作图对于小麦钾养分效率的遗传改良具有重要的理论价值。.项目原计划对“川35050/山农483群体”（131个株系）衍生的RIL群体在1A染色体wPt-730213－wPt-731476 区间初步定位的一个稳定表达的钾养分利用主效QTL 簇进行精细定位，但是由于回交群体BC4F2经检测后目标区段的重组率太低，精细作图难以进行。因此，我们对亲本钾养分效率存在显著差异的“山农0431/鲁麦21”衍生的（176个株系）进行了高密度分子标记遗传图谱的绘制，获得一张覆盖21条染色体、包含5916个位点（4530个独立位点）的高密度遗传图谱，平均密度为 1.55 markers/cM。 利用该图谱我们进行了两次苗期和两年成株期不同钾处理条件下相关性状的鉴定及QTL分析，获得了试验条件下不同钾处理环境中均稳定表达的QTL有2个，分别是控制苗期地上部钾累积量的QHskc-5A和控制成株期株高的QFsh-4D，它们与最近分子标记间的距离分别为0.645cM和0.633cM。试验检测到苗期重要的QTL簇5个，分别定位了6个以上苗期不同性状的QTL；同时试验还在3B和5A染色体上检测到2个共同定位了苗期与成株期性状的重要的QTL簇，分别定位了9个和10个QTL。这些位点均值得深入研究与探讨。.由于试验条件相对一致，苗期试验获得的结果规律性较好，许多与苗期生物量及钾养分效率相关的QTL成簇出现，表明钾效率与生物量之间直接相关。此外，试验证明染色体上存在基因热点区域，在不同环境条件下许多热点交替或者同时发挥作用，确保了养分吸收利用及生物量的形成。项目研究结果有助于深入理解钾养分效率的遗传控制规律，并为相关基因的克隆奠定了良好基础。