中国科学院西北高原生物研究所机构知识库

        普通小麦属于异源六倍体，是由 A、B、D 基因组供体物种经历两次杂交加倍之后形成。A基因组供体乌拉尔图小麦、B 基因组供体拟斯卑尔脱山羊草和 D基因组供体节节麦均含有丰富的遗传变异。并且在小麦异源多倍化过程中，不同基因组之间的融合会引起基因组的变化。因此，人工模拟普通小麦起源过程合成的人工合成小麦与普通小麦相比，蕴含更多的与产量和品质等性状相关的有利基 因，但其遗传机制及重要性状遗传位点分析的研究较少。本研究利用高通量 DArTseq 分型和简化基因组测序技术，对人工合成小麦SHW-L1、四倍体亲本 AS2255 和二倍体亲本 AS60 全基因组扫描，以期了解小麦异源多倍化过程中的 基因组变化情况；通过对人工合成小麦 SHW-L1 与普通小麦品种（系）杂交获 得的 4个优良品系（B2037、B2038、B2039、B2040）进行 DArTseq 分型，鉴定 出来自于 SHW-L1 的外源区段；选用 B2037 和 B2039 构建 F2 和 F2:3遗传群体， 定位与产量性状相关的 QTL 位点；对小麦祖先物种乌拉尔图小麦和节节麦中新 型贮藏蛋白 Avenin-like b 蛋白基因遗传多样性进行研究，并评价其品质效应，期望了解人工合成小麦异源多倍化过程中基因组变异机制以及在普通小麦品种改 良中的作用。获得了以下主要结果：

        1. 利用DArTseq技术对人工合成小麦SHW-L1、四倍体亲本AS2255 和二倍体 亲本AS60 进行全基因组扫描，总共有 4412 个位点在SHW-L1 中变异，960 个位点仅存在于AS2255 中，3434 个位点仅存在于AS60 中，18 个位点同时在AS2255 和AS60 中。D基因组供体AS60 在SHW-L1 中变异位点最多，其次是四倍体小麦AS2255，而AS2255 和AS60 共同的位点最少。通过对AS60、AS2255、SHW-L1 简化基因组测序分析得出，鉴定的SNP位点分布在小麦 21 条染色体上，总共鉴 定出 725046个SNP，在AS60、AS2255、SHW-L1 中分别检测出 300384、343807、401020个SNP，分别占总SNP的 41.42%、47.42%、55.31%，主要分布在基因上游 1 Kb区域、外显子、内含子、剪接位点、基因下游 1 Kb区域和基因间区等区域。通过比较分析，共有 7711 个SNP位点在SHW-L1 合成中存在变异。其中 2412个位点仅存在于AS2255 中，5045 个位点仅存在于AS60 中，254 个位点同时在AS2255 和AS60 中。说明在SHW-L1 异源六倍化过程中，D基因组变化最大。

2.人工合成小麦SHW-L1 选育的4 个综合农艺性状优良的春小麦新品系B2037、B2038、B2039、B2040，在青海表现出较高的产量潜力。通过10411 个具有染色体位置信息的DArTseq 标记检测分析获得了156 个外源染色体区段，分布于2D、4D、6B 以外的所有染色体上，共有51 个SHW-L1 染色体区段同时存在于4 个品系中，证明人工合成小麦可以增加小麦的遗传多样性。

        3. 选用B2037 和B2039 构建了由284 个单株组成的F2 群体，基于1671 具有染色体位置信息的多态性DArTseq 标记构建遗传图谱，对产量相关性状进行QTL 定位。在F2 群体中，共检测到45 个QTL，可解释表型变异的1.4%-29.8%。在1B、4B、5B 和7B 染色体上存在控制多个性状的同一QTL 位点。利用生物信息学的方法，筛选到1 个千粒重相关的候选基因。利用已构建的遗传图谱对F2:3 群体产量相关性状的QTL 定位分析，共定位到51 个QTL 位点，可解释表型变异的3.8%-39.46%。在1A、3B 和5A 染色体上存在控制多个籽粒形态的同一QTL 位点。在F2 群体和F2:3 群体中，同时检测到1 个株高QTLQPht.nwipb-5B）、1个穗长QTL（QSl.nwipb-2D）、1 个穗粒数QTL（QGns.nwipb-5A）和2个千粒重QTL（QTgw.nwipb-5A 和QTgw.nwipb-5B）。这些QTL 位点的鉴定为人工合成小麦农艺性状QTL 精细定位、分子标记辅助选择育种和基因克隆奠定基础。

        4. 在108 份节节麦和74 份乌拉尔图小麦中分别分离到13 个和18 个新型Avenin-like b 基因变异，这些等位变异编码283/284/285 氨基酸。所有的Avenin-like b基因变异类型均含有18 个半胱氨酸残基，但半胱氨酸残基位置不同。TaALPb7Ds 和TaALPb7As 等位变异类型的地域分布发现，土耳其地区的材料表现出较高的遗传多样性。体外表达和纯化目的蛋白及掺粉实验表明，从节节麦和乌拉尔图小麦分离的TaALPb7Ds 和TaALPb7As 可以提高小麦加工品质。