小麦籽粒大小和形态是决定产量的主要因素之一,挖掘籽粒大小和形态性状的关联位点,筛选相关候选基因对于提高小麦产量具有重要意义。本研究以国内外具有代表性的300份冬小麦自然群体为研究材料,对千粒重、粒长、粒宽、粒厚、籽粒长宽比、籽粒面积、籽粒周长、籽粒形状和籽粒饱满度等9个籽粒性状进行表型鉴定,利用小麦90 K SNP芯片进行基因型采集,通过混合线性模型(MLM+Q+K)对籽粒大小和形态性状进行全基因组关联分析。研究结果表明,小麦籽粒大小和形态性状表现出丰富的表型变异,变异系数范围3.80%~26.06%,广义遗传力在56.25%~91.98%之间。通过GWAS检测出66个与籽粒大小和形态相关的稳定关联位点(P≤0.001),分布在除3D、4D、5D外的18条染色体上,可解释3.74%~14.34%的表型变异。检测到37个与两个及以上籽粒性状关联的一因多效位点,其中3B染色体的BS00022512_51标记同时与4个籽粒性状(粒长、粒宽、粒厚和籽粒长宽比)关联,具有最大的表型贡献率(7.06%~14.34%),6D染色体的wsnp_Ex_c4480_8055475标记同时与除粒厚、籽粒形状和籽粒饱满度以外的6个籽粒性状关联,表型贡献率为3.81%~8.25%。将BS00022512_51和wsnp_Ex_c4480_8055475标记进行单倍型分析,发现位于6D染色体上的wsnp_Ex_c4480_8055475位点存在GC-Hap1、ATHap2和AC-Hap3三种单倍型,单倍型GC-Hap1为籽粒较大的高千粒重单倍型。3种单倍型的整体分布频率分别为65.58%、32.25%和2.17%,单倍型GC-Hap1在中国4个冬麦区品种(系)中被大量选育。对37个一因多效位点进行发掘,筛选到9个籽粒大小和形态性状相关的候选基因。
小麦旗叶是进行光合作用的主要功能叶,对产量有着重要贡献。为了解小麦旗叶形态的遗传机制,挖掘旗叶形态相关性状的候选基因,本研究采用300份小麦品种(系),结合90K SNP基因芯片对5种环境下正常灌溉(NI)和干旱胁迫(DS)条件下的旗叶长、宽、面积进行全基因组关联分析。结果表明,旗叶长、宽、面积在2种水分处理下表现出显著差异(P<0.05),在不同的环境下表现出丰富的表型变异,变异系数为0.07-0.23。全基因组关联分析(genome-wide association study,GWAS)结果显示,共检测到37个与旗叶长、宽、面积显著相关的稳定遗传位点,分布于1D、2A、2B、3A、3D、4A、5A、5B、6A、6B、7A、7B染色体上,单个SNP位点可解释遗传变异为3.70%-9.05%,其中正常灌溉下检测到22个稳定遗传位点,干旱胁迫下检测到15个稳定遗传位点。2种处理下共同检测到的稳定遗传位点有8个,位于2B、3A、5A、6A、7A、7B染色体上。在2B、3A、6A、7A染色体上检测到5个同时与多个性状相关联的稳定遗传位点。对稳定遗传且贡献率较大的标记处进行单倍型分析,发现与旗叶长显著相关的Kukri_c1406_275(R^(2)=9.05%)标记存在FLL-Hap1、FLL-Hap2和FLL-Hap3三种单倍型,与旗叶面积显著相关的wsnp_bq170165A_Ta_1_1(R^(2)=7.88%)标记同样存在FLA-Hap1、FLA-Hap2和FLA-Hap3三种单倍型。结合表型分析,在300份冬小麦品种(系)中含有FLL-Hap1(出现频率为77.78%)或FLL-Hap2(18.89%)单倍型品种(系)的旗叶长显著高于含有FLL-Hap3(3.33%)单倍型品种(系)的旗叶长,含有FLA-Hap1(48.19%)单倍型品种(系)的旗叶面积显著高于含有FLA-Hap2(30.80%)或FLA-Hap3(21.01%)单倍型品种(系)的旗叶面积(P<0.05)。不同单倍型在不同冬小麦品种(系)中分布不同,单倍型FLL-Hap1在国外品种(系)占比较大,单倍型FLL-Hap2、FLL-Hap3分别在北部冬麦区和西南冬麦区占比较大。单倍型FLA-Hap1和FLA-Hap2分别在西南冬麦区和北部冬
