摘要
籽粒硬度是决定小麦市场分级、碾磨性能和最终用途的重要指标和依据。软质小麦适用于酿酒、制作饼干和烘焙蛋糕，硬质小麦适合制作面包、强筋面条等食品。解析小麦籽粒硬度的遗传机制，对不同籽粒硬度专用小麦育种具有重要意义。在本研究中，以国内外收集的207份小麦品种(系)构建的关联分析群体为材料，利用小麦660K SNP芯片对关联分析群体基因型进行鉴定，结合3年籽粒硬度表型数据进行全基因组关联分析(Genome wide association study,GWAS)，挖掘控制小麦籽粒硬度的遗传位点，并预测候选基因，开发关键SNP位点和候选基因的KASP标记。同时以超软小麦品种郑麦824(HI=11.85)和正常软质小麦品种郑麦113(HI=20.02)为双亲构建的F2分离群体为材料，利用基于转录组测序的集群分离分析法(Bulked segregant RNA sequencing，BSR-seq)定位调控软质小麦籽粒硬度的遗传位点，并预测候选基因。主要结果如下: 1.关联分析群体中207份小麦品种(系)籽粒硬度表型的遗传力为0.98,变异系数为36.56％-44.64％,相关系数为0.95-0.99,表型呈连续分布，受多基因控制，基因型、环境和基因型×环境均对籽粒硬度有显著影响。GWAS分析共鉴定到8个QTL位点，分布在1A、1B、3A、3B、5A、5B和5D(2)染色体上，单个位点可解释表型贡献率8.29％-14.59％,其中位于5D染色体上qKH.5D-1位点与前人研究共定位，其余7个QTL位点未见报道。在8个QTL区间，共检测到籽粒差异表达的基因29个，结合基因的功能注释，预测编码赤霉素2-氧化酶的 TraesCS3B03G0397400基因和编码 PINB 蛋白的 TraesCS5D03G0008600 基因为调控籽粒硬度的候选基因。 2.通过对候选基因Puroindoline的全长测序比对，在关联分析群体中共鉴定到 6 种单倍型，分别为 Pina-D1a/Pinb-D1b(56.77％)、Pina-D1a/Pinb-D1a(31.25％)、Pina-D1a/Pinb-D1p(5.73％)、Pina-D1b/Pinb-D1a(5.21％)、Pina-D1n/Pinb-D1a(0.52％)和 Pina-null/Pinb-null(0.52％)，其中Pina-null/Pinb-null单倍型是一种新的Puroindoline等位基因。发现两个新的种质资源龙辐麦4号和大玉花:龙辐麦4号中Puroindoline染色体区段大片段缺失，基因型为Pina-null/Pinb-null，籽粒硬度为88.43,与硬粒小麦相近，可以作为普通小麦高籽粒硬度育种的种质资源;大玉花中Pina基因表达量较低，但Pina和Pinb基因及其启动子序列未发现变异，推测存在其他机制调控Pina 基因的表达,可用于进一步解析籽粒硬度的遗传基础和调控机制。 3.基于4种Puroindoline基因单倍型的变异序列，开发了 4个Puroindoline基因功能标记(Pina-KB、Pina-KN、Pinb-KB和Pinb-KP)，在关联分析群体中基因分型良好。2 个主效 QTL 中 Peak SNP:AX-111518397(qKH.1A)和AX-111128627(qKH.1B)，转化为KASP标记，在关联分析群体中基因分型良好，可用于筛选不同籽粒硬度的小麦材料。 4.从郑麦824×郑麦113构建的F2分离群体中选取籽粒硬度最高的40个单株和籽粒硬度最低的40个单株，分别构建混池。通过BSR-seq分析，初步定位到3个调控软质小麦籽粒硬度的候选区间，分别为qHI1B-1、qHI1B-2和qHI 5A。其中qHI.5A与前人研究共定位。3个候选区间内包含43个非同义突变基因，结合基因功能注释，预测编码磷脂酰肌醇转移蛋白的TraesCS1B03G0622300基因、编码磷脂酰乙醇胺结合蛋白的TraesCS1B03G0841700基因和编码1-磷脂酰肌醇-3-磷酸5-激酶的TraesCS5A03G0530300基因是造成超软小麦品种和正常软小麦品种籽粒硬度差异的候选基因。 本研究揭示了关联分析群体和软质小麦品种中与籽粒硬度相关的遗传位点，为不同硬度专用小麦育种提供了新的基因和种质资源，对阐明小麦籽粒硬度的分子机制和通过分子标记辅助选择改良小麦籽粒硬度具有重要指导意义与实用价值。
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