全基因组关联研究和转录组分析揭示与小麦甲基磺草隆耐受性相关的候选基因

《Theoretical and Applied Genetics》：Genome-wide association study and transcriptome analysis reveal candidate genes associated with mesosulfuron-methyl tolerance in wheat

摘要

核心信息

本研究鉴定并验证了与甲磺隆（MSM）耐受性相关的稳定遗传位点，预测了潜在的候选基因，并提供了标记辅助选择工具以改良小麦的除草剂耐受性。

摘要

甲磺隆（MSM）是少数能高效消除禾本科杂草的除草剂之一。然而，不当使用会导致小麦产生药害并降低产量。因此，培育耐除草剂小麦品种具有重要的农业意义，尽管这种耐受性的遗传基础仍知之甚少。本研究对539份小麦种质进行了全基因组关联研究（GWAS），以探索MSM耐受性的遗传基础。在3D、4A、5A和5B染色体上分别鉴定出四个与MSM耐受性相关的稳定遗传位点，分别命名为QMSL-3D.1、QMSL-4A.1、QMSL-5A.1/QMSH-5A.1和QMSL-5B.1。将这些位点的优异等位基因进行聚合后，在两种测试MSM剂量下，除草剂药害等级均值（HDR）分别降低了32.1%和26.6%，尽管这些等位基因共同解释的表型变异比例较小。在MSM处理下，对MSM耐受品种长4640和敏感品种新农928进行转录组比较分析，鉴定出两个差异表达的候选基因，分别为TraesCS5A02G398300和TraesCS5B02G403400。这两个同源基因编码天冬氨酸半醛脱氢酶，这是一种参与必需氨基酸生物合成的关键酶。此外，本研究开发了六个与已鉴定的耐受性位点和候选基因紧密连锁的KASP（竞争型等位基因特异性PCR）标记。经过多年份、多MSM浓度的田间评价，筛选出五个具有稳定MSM耐受性的小麦品种。综上所述，本研究鉴定了小麦MSM耐受性的有价值遗传位点和分子标记，提供了除草剂响应的初步转录组学见解，并为后续耐受基因的功能验证和小麦分子育种提供了有用的资源。