野生二粒小麦面粉加工品质相关性状的全基因组关联分析及高分子量谷蛋白亚基基因1Ax1的克隆

发布时间：2020-05-22 16:22

【摘要】：野生二粒小麦(Triticum dicoccoides L.,2n=4x=28,AABB)被认为是普通小麦(Triticum aestivum L.,2n=6x=42,AABBDD)染色体组AABB的供体种,含有很多有益性状,包括抗病性强、蛋白质和微量元素含量高等,是改良普通小麦的重要基因资源。面粉加工品质性状是由多基因控制的数量性状,受环境影响较大,表现为连续变异,遗传基础较为复杂。利用高密度的SNP标记对野生二粒小麦的面粉加工品质相关性状进行关联分析,挖掘其蕴含的有益的基因位点,可以丰富小麦的遗传基础,为小麦的面粉加工品质改良提供新的基因资源。本研究以来自中东地区的121份野生二粒小麦为材料,在辉县、商丘和开封3个地点进行田间试验,结合小麦55K SNP芯片上来自A、B染色体组上的多态性位点,对野生二粒小麦的面粉加工品质相关性状进行全基因组关联分析,为小麦品质育种提供优异位点;同时以面粉加工品质较好的野生二粒小麦J129为材料,利用定向缺失亚克隆技术,克隆出了一个新的高分子量谷蛋白亚基1Ax1基因,取得如下结果:(1)对121份野生二粒小麦的面粉加工品质性状:淀粉含量、蛋白含量、湿面筋含量、沉降值、吸水率、面筋指数和粉质延伸度性状考察分析,结果表明:在3个地点的材料7个品质性状均存在广泛的变异,变异系数最大的是粉质延伸度(FE),为33.42%,最小的是淀粉含量(GSC),为5.84%。方差分析结果显示,7个品质性状基因型间差异、环境间差异以及基因型与环境互作差异均达显著水平,表明基因型和环境对性状变异均有显著影响。广义遗传率分析表明蛋白含量(GPC)遗传率最大,为32%;吸水率(WA)的遗传率最小,为11%。相关性分析结果显示:蛋白含量与湿面筋含量、沉降值呈极显著正相关,湿面筋含量与吸水率呈极显著正相关,粉质延伸度与蛋白含量呈极显著正相关,面筋指数与蛋白质含量、湿面筋含量呈极显著负相关。(2)基于小麦55K SNP芯片中来自A、B染色体组上的10907个高质量的多态性SNP标记,对121份野生二粒小麦进行全基因组关联分析结果表明:共鉴定出1840个位点与面粉加工品质性状显著相关的位点,其中有714个区段,这些SNP位点在野生二粒小麦的1-7A和1-7B染色体上均有分布,其中,在1A染色体上分布的标记最多达到332个,在6B染色体上分布的标记最少仅有72个,所有关联位点表型变异解释率(R~2)总幅度为8.3%-26.4%。淀粉含量和蛋白含量的稳定关联位点最多。检测到与淀粉含量相关的稳定的关联区段/位点有16个(区段3个),分布在1A、4A、1B、3B、4B、5B染色体上,且1B(372.30-374.91 Mb)、4A(121.05-121.21 Mb)、5B(142.67-144.87 Mb)染色体上定位到的稳点关联位点最多;检测到与蛋白含量相关的稳定的关联区段/位点有14个(区段1个),分布在2A、3A、4A、5A、6A、3B、6B、7B染色体上,且7B(50.30-50.78Mb)染色体上定位到的稳点关联位点最多;检测到与湿面筋含量相关的稳定的关联区段有1个,分布在7A(510.65-510.83 Mb)染色体上;检测到与沉降值相关的稳定的关联位点有1个,分布在1B染色体上,物理位置为289.53 Mb;检测到与粉质延伸度相关的稳定的关联位点有5个,分布在1A、2A、6A、3B、6B染色体上,其物理位置分别为518.77 Mb、95.16Mb、74.45Mb、23.38 Mb和16.40 Mb。另外,对121份野生二粒小麦的相关性状关联的SNP位点进行候选基因预测和功能注释,结果表明这些位点在小麦及其近缘种中主要与抗病蛋白、细胞色素、转运蛋白、结构蛋白以及蛋白激酶等相关。(3)以野生二粒小麦J129为材料,通过定向缺失亚克隆的方法获得了高分子量谷蛋白亚基Ax基因序列,通过序列分析比对,显示J129-1Ax1基因序列与已发布的HMW-GS的x型亚基基因结构一致,其具有的氨基酸序列与其它Ax亚基基因序列相比多了一个九肽PTQGQQGQQ序列,该结构可能影响蛋白质结构域的形成与稳定。此外,J129-1Ax1亚基中的谷氨酰胺(Q)、α-螺旋和β-折叠的含量较高,因此推测,该亚基基为能增加面团弹性的优质基因。
【图文】：

直方图,野生二粒小麦,频数分布,表型

图 2-1 121 份野生二粒小麦的表型频数分布直方图注：a：淀粉含量；b：蛋白含量；c：湿面筋含量；d：沉降值；e：吸水率；f：面筋指数；g：粉质延伸度。Fig 2-1 Histogram of phenotypic frequency distribution of 121 T.dicoccoidesNote: a: GSC (Grain starch content); b: GPC (Grain protein content); c: WGC (Wet gluten conted: SV (Sedimentation value); e: WA(Water absorption); f: GI (Gluten index); g: FE(Flour extensi

野生二粒小麦,群体结构

图 2-2 121 份野生二粒小麦的群体结构图Fig 2-2 Population structure of 121 T.dicoccoides品质相关性状的全基因组关联分析最终保留 10907 个高质量的 SNP 用于 GWAS 分析，，将这些粉加工品质性状进行全基因组关联分析。各个品质性状的 M（Q-Q）如图 2-3 所示。通过全基因组关联分析共鉴定出 18麦面粉加工品质性状在 P<0.001 水平存在显著关联（表 2-7）位置<3 Mb）和 37 个稳定的关联区段/位点（至少在两个环状结果描述如下：含量（GSC）的分析结果：检测到的显著关联的区段/位点有野生二粒小麦的 1-7A、1-7B 染色体上均有分布，表型变表型变异解释率最大的标记是位于 5B 染色体上的 AX-11172/位点有 16 个（区段 3 个），分布在 1A、4A、1B、3B、4B
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S512.1

【参考文献】