论文部分内容阅读
小麦面粉颜色相关性状包括面粉亮度(L*)、红度(a*)、黄度(b*)及黄色素含量(YPC),是影响面制品色泽的重要因素,已成为小麦品质改良的重要内容。对面粉颜色性状研究多集中于QTL定位、基因克隆及功能标记开发,而关键基因Psyl功能验证及遗传调控机理研究还鲜有报道。由于作图群体及分子标记局限性,大量面粉颜色性状基因未被发现。本研究利用小麦90K SNP芯片,对藁城8901/周麦16RIL体和247份小麦品种进行QTL定位和全基因组关联分析,揭示面粉颜色相关性状的分子基础；采用RNAi、RNA-Seq和TILLING技术相结合的实验策略,研究影响面粉颜色关键基因Psyl功能及遗传调控机理。主要结果如下：1.应用小麦90K SNP芯片,分析藁城8901/周麦16 RIL群体,构建高密度遗传图谱,对面粉颜色相关性状进行QTL定位及候选基因发掘。整个遗传图谱包含2205个骨架标记,覆盖普通小麦21条染色体,总长度为2859.2 cM,每条染色体平均长度为136.2 cM,标记间平均遗传距离为1.3cM。共检测到52个影响面粉颜色性状的QTL,位于第1、2、5、7同源群染色体和3B、4A、4B、6B染色体上,单个QTL解释5.3-32.2%的表型变异。与前人研究相比,发现5个影响a。,2个影响b*,1个影响L*和1个影响YPC的新QTL。发现7个面粉颜色性状的候选基因,一个为Pinb-D1基因,其余6个基因均与萜类化合物骨架合成途径相关。由此可见,基于90K SNP芯片构建高密度遗传图谱是进行复杂数量性状QTL定位及候选基因发掘的有效工具。2.利用小麦90K SNP芯片,对247份普通小麦品种进行面粉颜色相关性状全基因组关联分析,共检测到19个显著关联位点,包含1个影响a*和1个影响L*的新位点。发现6个影响面粉颜色性状的候选基因,即Pinb-D1、Psy-A1、Psy-B1和NADP-依赖性苹果酸酶、细胞质型苹果酸脱氢酶及抗坏血酸过氧化物酶编码基因,证实应用90K SNP芯片对复杂数量性状进行全基因组关联分析的高效性和可靠性。3.RNAi转基因植株籽Psy1表达显著降低(54-76%),YPC显著下降(26-35%),验证Psyl对小麦籽粒黄色素合成具有重要影响。利用RNA-Seq技术对3个RNAi效果较好的转基因株系(273-2A、275-3A和279-1A)进行转录组测序,发现次级代谢途径和核心代谢途径上的多个候选基因协同响应Psy1基因表达下调。应用TILLING技术对Psyl功能分析显示,天冬氨酸富集区(DXXXD)是PSYl重要功能结构域,其附近保守核苷酸通过调控基因表达、酶活性及选择性剪接等方式影响黄色素合成。RNAi转基因植株及EMS突变体Psy1基因表达分析结果均显示,花后14天是小麦籽粒Psyl基因表达遗传调控的关键时期。优异EMS突变体为小麦面粉颜色及营养品质的遗传改良提供重要种质资源。