全基因组关联分析揭示四川小麦农艺性状的优异遗传位点

提高产量是小麦重要的育种目标之一。小麦产量主要受单位面积穗数、每穗粒数和千粒重等农艺性状影响，而这些重要农艺性状均属于数量性状，受到多个复杂因素共同影响。因此，发掘利用小麦种质资源中的优良基因，定位影响小麦重要农艺性状的QTL或基因并明确其功能，以及解析重要小麦产区品种性状变化规律，对持续提高小麦产量具有重要意义。近期，四川农业大学西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室郑有良教授团队完成的题为“Genome-wide association and linkage mapping strategies reveal the genetic loci and candidate genes of important agronomic traits in Sichuan wheat”的研究论文在Journal of Integrative Agriculture(《农业科学学报》(英文)，JIA)2023年11期正式发表。

本研究对来源于中国四川的156个小麦品种和77个地方品种在7个环境中的9个关键农艺性状表现进行了评价。研究结果表明，地方品种分蘖数较多，小穗数较多，育成品种千粒重和穗粒数较高。千粒重、穗粒数和分蘖数等9个农艺性状的广义遗传力（H²）值在0.74-0.95之间变化。群体结构分析结果表明，利用小麦55K SNP芯片上的43198个单核苷酸多态性（SNP）标记，可将供试群体分为3个类群。采用混合线性模型（Q+K）方法进行全基因组关联研究（GWAS）分析，共鉴定出67个显著性数量性状位点（QTL）。本研究着重分析了3个重要位点：影响有效分蘖数（FTN）的QFTN.sicau-7BL.1位点具有4种单倍型，影响小麦穗粒数的QKNS.sicau-1AL.2位点具有3种单倍型，影响小麦千粒重的QTKW.sicau-3BS.1位点具有4种单倍型。利用群体表型数据结合42个小麦品种在2002-2013年四川省区域试验的产量表现，发现FTN-Hap2（QFTN.sicau-7BL.1）、KNS-Hap1（QKNS.sicau-1AL.2）和TKW-Hap2（QTKW.sicau-3BS.1）分别为这3个QTL位点的优良单倍型。通过对四川省小麦区域试验参试品种的产量表现和位点单倍型组合的分析，发现同时具有3种优良单倍型的小麦品种产量最高。此外，在2018年至2021年的四川省小麦区域试验中，通过利用根据穗粒数QTL位点QKNS.sicau-1AL.2开发获得的KASP标记：KASP-AX-108866053，成功将63个小麦品种中分为三种不同的单倍型，每穗粒数验证表明单倍型间差异显著。

因此，本研究定位得到的QTL和紧密连锁的KASP标记可以应用于小麦标记辅助选择育种和后续的基因克隆。本研究通过重点分析有效分蘖数、穗粒数和千粒重的主效QTL位点单倍型组合，发现高产型单倍型组合TKW-Hap2/KNS-Hap1/FTN-Hap2。研究结果为小麦高产育种中亲本的选配和优良品系的鉴定选择提供参考。

四川农业大学西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室郑有良教授团队李伟教授为该文章的通讯作者，已毕业硕士研究生张志鹏、李震和四川省种子站何芳正高级农艺师共同作为该文章第一作者。该研究得到了四川省重大生物育种专项（2022ZDZX0014）、四川省重点研发项目（2021YFYZ0002）和四川省天府青城计划的资助。