小麦苗期根系性状位点及其与农艺性状的关系研究

一个发育完整且良好的根系系统可以为地上部分提供一个稳定的平台，研究小麦根系对小麦的遗传改良至关重要。冬小麦品系‘20828’具有高抗条锈（Ma et al. 2019a）、多小穗（Ma et al. 2019b）、穗密度中等（Liu et al. 2019）和籽粒短小（Ma et al. 2019c）等特性，而国审小麦川农16具有亩穗数高（Liu et al. 2018）和株型紧凑（Ma et al. 2019d）等特点，在近十年二者均被广泛用于杂交育种。前期利用小麦55K SNP芯片和SSR标记对基于‘20828’与国审小麦川农16杂交创制的重组自交系群体进行了遗传图谱绘制（Liu et al. 2018）。为了挖掘二者可能含有的优异根系位点，对该群体包括总根长（TRL）、根表面积（RSA）、根体积（RV）、根平均直径（AD）、根尖数（RTN）、最大根长（MRL）、叶干重（SDW）和根干重（RDW）等八个苗期根系性状进行了表现鉴定，并基于图谱进行了相关位点的鉴定。

QTL分析发现，在1A、2A、2B、2D、4B、4D、6A、7A和7B染色体上共检测到18个根系相关性状QTL，能解释3.27-11.75%的表型变异，其中QTrl.sau-2B和QRtn.sau-2B共定位于染色体2B.1上标记AX-110957638和AX-111616168的37cM区间；QRsa.sau-2B和QRdw.sau-2B共定位于染色体2B.1上标记AX-110673669和AX-110033091的39cM区间。对比前人研究以及中国春参考基因组序列，本研究检测到了一些新的QTL（QRdw.sau-7B，QSdw.sau-2B和QRv.sau-2B）。本研究结果及前人报道均表明，小麦第二和第七同源群可能在小麦根的生长发育中起重要作用（图1）。

图1 The maps of identified QTL

进一步对根系性状与农艺性状的相关性做了分析，结果表明大多数根系性状与农艺性状之间显著相关。RSA与千粒重（TGW）、有效分蘖（ET）及除开花期（AD）外的所有根系性状呈显著正相关，这表明RSA增加了小麦根系的吸收能力，从而提高地上生物量。TRL与TGW显著正相关，TRL最长的株系表现出较高的穗长（SL）和千粒重，说明TRL对地上生物量的增加也起着关键作用。ET与TRL、RSA、RV、RDW呈显著负相关，说明新的分蘖与新根系的发育有关，而分蘖的减少可能影响营养物质从地上向地下器官的重新分配从而增加根的分枝和总根长；小麦中单一基因tin抑制分蘖，它在不牺牲茎的生长的前提下可能产生更多的根系生物量和更长的根系，进一步证明以上关系。SDW、RDW与TGW呈显著正相关，推测植物通过提高根系表面的吸收能力来增加地上部分生物量，地上部分生长过程中残留的光合产物有可能向根部转移，从而提高了RDW，同时根系活性的增加也有利于地上生物量的增加。

川农16携带外缘1BL/1RS易位，前期研究通过基于1BS染色体上SNP标记的基因型确定了RIL的1BL/1RS易位（Liu et al.2018）。 我们评价了1BL/1RS易位对RIL群体根系性状的可能影响。结果表明，对于RTN，携带1BS的株系显著高于携带1RS的株系，表明1BS中可能存在增加RTN的基因座；对于MRL，带有1RS的株系明显高于带有1BS的株系，进一步证实1RS可能含有提高生根能力的位点（图3）。

图2 Comparison between lines carrying 1RS and 1BS for the root traits of the RIL population.

比较基因组学分析发现新QTL侧翼标记所在区间对应中国春的物理区间内存在可能与根系发育相关的基因，如：TraesCS2B01G112900和TraesCS2B01G458400。以上结果对进一步的根系性状研究提供了参考。

该结果于2019年10月3日发表在Genome杂志上(Quantitative trait loci for seeding root traits and the relationships between root and agronomic traits in common wheat)。

该研究得到国家重点研究开发项目、国家自然科学基金和四川省科技厅国际科技合作交流项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1139/gen-2019-0116

参考文献：

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