基于全基因组关联分析鉴定野生与合成小麦中玉米叶蚜抗性的基因组区域及候选基因

《BMC Plant Biology》：Uncovering genomic regions associated with Rhopalosiphum maidis (Fitch) resistance in wild and synthetic wheat using genome-wide association mapping

　　

摘要

背景

玉米叶蚜Rhopalosiphum maidis（Fitch）是小麦的一种主要害虫，会导致产量和质量严重下降。通过分子方法培育抗虫品种为蚜虫管理提供了一项经济且环境可持续的策略。野生小麦和合成小麦是新型遗传多样性的重要储库；然而，控制对R. maidis 抗性的基因组区域尚未得到充分表征。本研究采用全基因组关联分析（GWAS）在多样化的野生小麦和合成小麦基因型群体中鉴定与蚜虫抗性相关的基因组区域和候选基因。

结果

对287个野生小麦和合成小麦基因型组成的群体在两个季节的田间和温室条件下进行表型鉴定，并使用Axiom? 35K小麦育种芯片进行基因型鉴定。经过质量过滤后，共保留了10,971个高质量SNP标记。群体结构分析、主坐标分析（PCoA）和亲缘关系分析将该群体划分为三个遗传上不同的亚群体，而分子方差分析（AMOVA）揭示了组间存在显著的遗传分化。在全基因组关联分析（GWAS）中，田间和温室条件下分别鉴定出15个和19个显著的标记-性状关联（MTAs），分布在1A、1D、2A、2B、2D、3A、3B、3D、5D、6A、6B、6D、7A、7B和7D染色体上。在2B、2D和6A染色体上检测到若干基因组区域在不同环境间物理距离相近，提示可能存在与蚜虫抗性相关的稳定位点。计算机分析鉴定出11个潜在候选基因，包括锚蛋白同源3样蛋白（TraesCS1D02G079400）、芥子酶结合蛋白2样蛋白（TraesCS2B02G050200）、α-葡萄糖苷酶样蛋白（TraesCS7A02G464200）、(E)-β-石竹烯合成酶样蛋白（TraesCS2B02G061000）和钙依赖性蛋白激酶26样蛋白（TraesCS6A02G421000），这些基因参与昆虫防御、胁迫信号传导和抗取食反应。

结论

本研究为基于全基因组关联分析（GWAS）对野生和合成小麦种质资源中R. maidis 抗性进行的首次全面解析之一。所鉴定的抗性基因型、显著标记-性状关联和潜在候选基因为小麦改良提供了宝贵的基因组资源。这些发现可有效应用于标记辅助选择，以培育抗蚜品种并支持可持续的害虫管理策略。对候选基因的进一步验证可能加强其在旨在培育持久抗蚜性的育种计划中的应用。