小麦叶片气孔相关性状全基因组关联分析

　　

摘要：

小麦气孔是调节光合作用和蒸腾作用的微观孔隙，对产量有着关键作用，了解小麦气孔性状的遗传机制，挖掘关于小麦气孔相关性状的候选基因对于提高小麦产量具有重要意义。本研究以276份冬小麦品种(系)为研究对象，在正常灌溉和干旱胁迫2个处理下，对小麦抽穗期和灌浆期的气孔密度、气孔平均面积、气孔所占比等叶片气孔相关性状进行测定，并结合90K小麦芯片，对上述3个性状进行全基因组关联分析。研究结果显示，在不同水分处理条件下，小麦气孔相关性状在2个时期均表现出较大的表型变异，变异系数介于0.06至0.28之间。全基因组关联结果显示，共检测到88个位于除4D的其他20条染色体上与气孔相关性状显著关联的位点(P < 0.001)，其中与气孔平均面积显著相关的稳定遗传位点有4个，分布于1B, 3A, 6A染色体上，可解释遗传变异为2.78%~6.55%，均在正常灌溉下的灌浆期检测到。在抽穗期和灌浆期同时检测到2个与气孔密度显著关联的位点，其中在正常灌溉下6A染色体上检测到的位点Ex_c69429_328，可解释表型变异为2.31%~3.06%；在干旱胁迫下4A染色体上检测到的位点BS00064423_51，可解释表型变异的4.40%~6.09%。在1A、1B、3A、4A、5A、6A、6D染色体上检测到8个“一因多效”遗传位点，可解释表型变异的1.25%~7.31%。对贡献率大于5.00%且在2个环境或2个性状以上检测到位点进行单倍型分析，发现与气孔平均面积和气孔所占比显著相关的wsnp_Ex_rep_c69627_68580121(R²=6.47%)位点存在Hap1、Hap2两个单倍型，在276份品种(系)中含有Hap1(频率为81.20%)单倍型品种(系)的气孔平均面积显著小于含有Hap2(18.80%)单倍型品种(系)的气孔平均面积(P<0.05)，不同单倍型在不同麦区的占比不同，其中单倍型Hap1在西南冬麦区出现的频率最高，单倍型Hap2则在北部冬麦区出现的频率最高。对2个环境检测到的及“一因多效”的位点进行候选基因的挖掘，共筛选出9个与小麦气孔性状相关的候选基因，这些基因在气孔发育、光合作用和抗逆性等方面具有潜在功能，可作为进一步研究气孔相关性状的重要基因。