小麥（Triticum aestivum L.）作為一種重要的糧食作物，為全世界人口提供了約20%的能量攝入和重要的蛋白質(zhì)來源。我國是小麥生產(chǎn)和消費大國，培育高產(chǎn)小麥品種、不斷提高小麥產(chǎn)量是保障我國糧食安全的重要措施之一。穗長和穗密度作為重要的穗相關性狀，與產(chǎn)量密切相關。因此，鑒定、驗證和克隆穗長和穗密度相關的數(shù)量性狀位點（QTL）或基因?qū)馕鏊鼈兊倪z傳機制和培育高產(chǎn)小麥具有重要意義。

　　為了解析小麥穗長和穗密度的遺傳機制，中國科學院成都生物研究所副研究員龍海團隊利用川麥42×科成麥1號的DH群體（CK1）和川麥42×川農(nóng)16的RIL群體（CC）在多個環(huán)境中進行QTL定位。其中，川麥42是由四川省農(nóng)業(yè)科學院研究員楊武云利用人工合成小麥的培育優(yōu)良小麥品種，具有產(chǎn)量高、抗條銹病能力強等優(yōu)點。相比于川麥42，科成麥1號和川農(nóng)16穗長較短、穗密度較高?；?年2點5個環(huán)境的表型數(shù)據(jù)，共鑒定到34個穗長和穗密度的QTL，其中，6個主效QTL在超過4個環(huán)境中被穩(wěn)定檢測到，解釋了7.13-33.6%的表型變異。這些主效QTL位于染色體5A和6A上的兩個基因組區(qū)域，分別被命名為QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A。兩個主效QTL對穗長和穗密度的影響存在顯著的加性效應。此外，通過開發(fā)與之緊密連鎖的KASP分子標記，在不同的遺傳背景中進一步驗證了QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A。比較分析結(jié)果表明，QSc/Sl.cib-5A不是春化基因Vrn-A1和基因Q；QSc/Sl.cib-6A可能是新的穗長和穗密度位點。效應分析結(jié)果顯示，QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A對其他產(chǎn)量相關性狀（包括株高、千粒重和粒長）均具有顯著影響。此外，基于基因表達模式、基因注釋、直系同源分析和序列差異分析，TraesCS5A01G301400和TraesCS6A01G090300被認為是QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A可能的候選基因。該研究鑒定到的主效QTL和開發(fā)的KASP分子標記為后續(xù)穗長和穗密度相關基因的精細定位和克隆奠定了理論基礎，也有助于小麥的分子標記輔助育種。

　　相關研究成果以Identification and validation of two major QTLs for spike compactness and length in bread wheat (Triticum aestivum L.) showing pleiotropic effects on yield-related traits為題，發(fā)表在Theoretical and Applied Genetics上。該研究得到國家重點研發(fā)項目、四川省農(nóng)作物分子育種平臺項目、四川省科技廳重點研發(fā)項目、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項和四川省麥類作物育種攻關項目的資助。

　　論文鏈接 

圖1.川麥42、科成麥1號和川農(nóng)16的株型和穗型

圖2.CK1和CC群體中穗長和穗密度在多環(huán)境的頻率分布

圖3.QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A在定位群體中的遺傳效應

圖4.QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A在CK1群體中對穗長和穗密度的疊加效應

圖5.QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A對產(chǎn)量相關性狀的影響

圖6.不同遺傳背景驗證QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A

圖7.QSc/Sl.cib-5A和QSc/Sl.cib-6A與前人研究結(jié)果的比較