小麦苗期耐低磷相关基因位点的挖掘与候选基因分析

　　

摘要：

磷是作物生长发育所必需的大量元素之一，土壤中只有少部分磷可被植物有效利用，而长期施用磷肥又可能造成环境污染。因此筛选强耐低磷品种、挖掘耐低磷相关QTL与候选基因具有重要意义。本研究采用389份小麦品种组成的自然群体，在正常磷(对照)和低磷条件下进行3年(2022—2024)的苗期水培试验，测定苗高、主根长、根条数、茎叶干重、根干重、总根长、根面积、根直径和根尖数9个性状，并计算每个性状的耐低磷系数和BLUP值，然后根据耐低磷系数计算综合评价D值。基于3个环境下的BLUP值进行相关性分析，发现低磷和对照条件下，除根直径外，大多数性状之间呈显著正相关。利用综合评价D值进行聚类分析显示，“丰德存麦1号”在4个环境(2022、2023、2024、BLUP)下均被鉴定为强耐低磷型品种。结合660K SNP芯片，对4个环境下9个性状的耐低磷系数和D值进行全基因组关联分析，共检测到1197个显著关联的SNP标记，形成了464个QTL。其中在2个环境下重复检测到20个QTL，在3个和4个环境下重复检测到7个QTL，标记位点解释的贡献率R²范围为4.09%~10.58%。然后，利用前人报道的转录组数据结合基因功能注释，在这7个QTL区间内筛选到3个耐低磷相关候选基因，其中TraesCS4D02G022900和TraesCS4D02G023300编码F-box家族蛋白，拟南芥的同源基因At5g21040编码一种同时含有WD40和F-box结构域的蛋白，是磷饥饿响应的负调控因子；TraesCS6D02G154700编码的类受体蛋白激酶与植物的生长、发育、抗逆以及抗病有关。进一步分析这3个候选基因低磷胁迫下叶片和根系的表达模式，发现均具有差异表达，与前人的转录组结果一致。这些发现为选育耐低磷小麦品种，解析低磷胁迫相关基因的功能和调控机制提供了基础。