本发明涉及小麦遗传育种领域，具体涉及一个影响小麦品质和产量性状的主效qtl及其应用。
背景技术：
普通小麦(triticumaestivuml.)是世界上最重要的主要粮食作物之一。产量和品质一样是小麦育种中最重要的育种目标。小麦产量性状和品质性状是数量性状，受多个数量性状位点（quantitiativetraitloci,qtl）和环境因子的共同作用。随着生物技术的不断发展，借助dna分子标记和qtl作图，复杂的数量性状可剖分为若干离散的孟德尔因子所决定的组分，进而确定其在染色体上的位置。kim等（1999）利用软麦和硬麦杂交，定位籽粒性状，发现5个控制千粒重的qtl位点，分别位于3b、1a、1b、3d和2a上，每个qtl贡献率为5-12.2%。varshney等（2000）在1a、2b和7a上定位了重要的粒重qtl。groos等（2003）在2b染色体上定位了一个千粒重qtl。suenaga等（2005）在1as定位了一个调控每株穗数的主效qtl。araki等（1999）在4a染色体上定位了穗粒数和单穗粒重有关的qtl。面团流变特性对小麦最终用途产品的品质有显著影响。通过沉降量、籽粒蛋白质含量、籽粒硬度和粉质仪参数的测定来间接评价面包小麦的品质，在育种中得到了广泛的应用。小麦面包品质是由遗传因素和生长环境一起决定的(rousset等，1992；peterson等，1998)。高分子量谷蛋白亚基(hmw-gs)(payne等，1984）、低分子量gs(lmw-gs)和醇溶蛋白(payne等，1987)是决定面包品质的主要因素之一。然而谷蛋白位点仅仅可以解释面包品质总变异的三分之一(blackman和payne，1987；oury等，2010)。因此，小麦最终品质的遗传变异有一半以上是由非谷蛋白部分决定的。许多研究表明gpc（蛋白质含量）基因分布在所有小麦染色体上（huang等，2006；maphosa等，2015）。面团流变学特性决定了小麦面团在加工过程中的表现（alamri等，2009a,b）。粉质仪、揉面仪和面筋拉伸仪常被用来评价面团流变学特性，从而预测面粉的烘焙性能（gwirtz等，2006）。有几项研究也报道了粉质仪参数的qtl（tsilo等，2003；mccartney等，2006；tian等，2015）。在1a、1b、4b、4d和5a染色体上检测到6个吸水率qtl，hmw-gs在glu-b1和glu-d1上影响面团形成时间和面团稳定性（tsilo等，2003）。在染色体2b、4d、6b和7d上检测到4个吸水率qtl，在染色体1b上检测到一个面团形成时间qtl，两个稳定性qtl定位在染色体1b和4b上（mccartney等，2006）。许多作物在选育过程中，一些等位基因在栽培品种中丢失。因此，与地方品种和野生物种相比，栽培品种的遗传变异较低（miller和tanksley，1990）。因此在地方品种中保留了许多栽培种中所没有的基因。在许多作物的品种培育上,我们所利用的品种资源只是自然界中有限的一部分。充分挖掘地方种质资源中的有利基因是最具潜力的一个研究方向。技术实现要素：本专利以半芒子/济麦22杂交组合的f6ril群体为材料，进行了品质和产量相关性状的qtl定位。本专利的目的是：(1)利用55ksnp芯片(http：//wheat.pw.usda.gov/ggpages/topics/wheat55_snp_array_developed_by_caas.pdf)建立高密度连锁图谱；(2)利用地方品种半芒子和推广品种济麦22杂交组合的ril（重组自交系群体），鉴定品质和产量相关性状的qtl；(3)检测连锁snp标记，用于育种中的标记辅助选择(mas)。本发明通过以下技术方案来实现上述目的：本发明公开了一个影响小麦品质和产量性状的主效qtl，主效qtl位点位于4d-3染色体的snp标记ax-109230716和ax-110572006之间。所述小麦品质和产量性状包括蛋白质含量、籽粒硬度、吸水率、形成时间、粉质质量指数、沉降量、千粒重、穗长和穗粒数。所述qtl位点存在一个编码半胱氨酸蛋白酶的候选基因。所述qtl位点对蛋白质含量、籽粒硬度、吸水率、形成时间、粉质质量指数、沉降值、千粒重的表型解释率为24.72～34.69%、9.60～18.79%、7.66～11.15%、9.55～11.51%、8.32～12.4%、9.52～9.97%、7.93～17.64%。所述qtl位点对穗长和穗粒数的表型解释率6.18～7.99%和6.71～7.89%。作图群体是一个由186个f6代株系组成的重组自交系群体，亲本是地方品种半芒子和推广品种济麦22。对所述的蛋白质含量、籽粒硬度、吸水率、形成时间、粉质质量指数、沉降值、千粒重等性状而言，该qtl位点的正向等位变异来亲本品种半芒子；对穗长和穗粒数而言，其正向等位变异来亲本品种济麦22。主效qtl位点可在小麦育种中应用。有益效果在于：本发明首次公开了一个影响小麦品质和产量性状的主效qtl，主效qtl位点位于4d-3染色体的snp标记ax-109230716和ax-110572006之间。对蛋白质含量、籽粒硬度、吸水率、形成时间、粉质质量指数、沉降量、千粒重、穗长和穗粒数有影响。所述qtl位点存在一个编码半胱氨酸蛋白酶的候选基因。该qtl位点对蛋白质含量、籽粒硬度、吸水率、形成时间、粉质质量指数、沉降值、千粒重的表型解释率为24.72～34.69%、9.60～18.79%、7.66～11.15%、9.55～11.51%、8.32～12.4%、9.52～9.97%、7.93～17.64%。qtl位点对穗长和穗粒数的表型解释率6.18～7.99%和6.71～7.89%。对小麦的多个品质指标和产量指标具有影响，可以应用在小麦育种中。具体实施方式实施例1no.1实验材料与方法no.1.1实验材料和田间管理作图群体是一个由186个f6代株系组成的重组自交系群体(ril），亲本是地方品种半芒子和主推品种济麦22，半芒子比济麦22的面筋品质更好。济麦22和半芒子在glu-a1、glu-b1、glu-d1、glu-a3、glu-b3、glu-b3和glu-d3位点上的谷蛋白亚基组成为：n、7+8、4+12、glu-a3a、glu-b3f、glu-d3d和n、7+8、2+12、glu-a3a、glu-b3f、glu-d3d。ril群体和亲本于2015-2016年和2016-2017年在济南种植，2015-2016年分别在济南和菏泽种植。田间试验采用完全随机区组设计，三个重复。每个小区3行，行长4米，株间距25厘米，每行种植100株。田间管理采用当地常规管理，不使用农药。no.1.2品质相关状性分析每个小区单独收获，收获后两个月，每个小区取500克用brabender磨(brabenderinc.，duisberg，德国；http：/www.cwbrabender.com)来磨粉，过0.15毫米筛子，用于表型评估。zeleny沉降量用icc标准方法1161/1(1994)进行测定。用pertenda7200型的近红外设备(nir)测定蛋白质含量（gpc），基线用标准样校正（标准样品由山东农业大学测得）。籽粒硬度利用单籽粒硬度测定仪perten4100(skcs)测定。面团的形成时间、稳定时间和粉质质量指数采用aacc54-21方法，用brabender粉质仪测定。所有结果以面粉含水量14%（m/m）湿基计算。每个样品做两次重复，两次重复的差异应该小于10%，其平均值用于统计分析。no.1.3产量相关性状分析产量相关性状穗长、小穗数、穗粒数是主穗的数值，每个株系随机取10个主穗进行测量，取其平均值。千粒重是随机取1000粒种子的重量，两次重复，取其平均值。no.1.4统计分析利用spss15.0软件进行性状数据分析。采用kolmogorov-smirnov(k-s)检验方法进行分布检验。当p>0.05时，说明性状符合正态分布。被调查性状间的pearson相关系数利用三个环境的平均值，采用proccorr方法计算。用r软件包sommer计算基因型方差(vg)、环境方差(ve)、基因型和环境互作方差(vge)和误差方差(ve)(covarrubias-pazaran，2016)。广义遗传力(h2)由方程h2=vg/[vg+vge/n+ve/(n×r)]计算，其中n和r分别是环境数和重复数。no.1.5snp基因分型与分子标记分析用ctab法(doyle和doyle，1987)从亲本和ril的幼叶组织中提取总基因组dna。利用中国农业科学院贾继增研究开发的小麦55ksnp芯片对亲本和ril群体进行基因分型，该芯片含有53063个snp标记。no.1.6连锁分析使用carthagene构建的遗传图谱。图谱的具体构建流程如下：在挑选出具有亲本多态性的snps后，过滤掉基因型缺失率大于10%的snps，然后基于过滤后的高质量snps，采用不同的lod阈值（遗传距离阈值为80cm）,使用group命令对标记进行分组；然后使用buildfw命令（参数：buildfw33{}0）针对每个连锁群构建框架图，并使用greedy（参数：greedy105250）、flips（参数：flips511）和polish三种算法对图谱上的标记顺序进行优化，获得标记顺序和位置稳健的框架图，最后把连锁群中剩余标记添加到框架图中（参数：buildfw00{框架图}0）,再次使用greedy、flips和polish优化标记顺序，获得最终的遗传图谱。重组交换率由haldane函数转换为遗传图距单位（cm）。no.1.7qtl定位利用qtlicimappingv4的完备区间作图法（icim-add）对各个环境下的各个性状进行qtl分析。以lod值2.5作为显著性的阈值。置信区间为95%置信区间的两lod下降支撑区间(vanooijen，1992)。在加性qtl效应中，加性效应的正负表明正向等位变异来自半芒子或济麦22。表型变异解释率(pve)是通过逐步回归计算的(li等，2007年)。半芒子基因型为0，济麦22基因型为2。因此，当加性效应为正值时，正向等位变异来自半芒子。no.1.8品质相关性状候选基因的筛选55ksnp芯片的注释文件中提供了相邻snp之间的基因信息。我们分析了qtl定位的两个snp之间的所有基因，并确定了可能与目标性状相关的候选基因。no.2.结果no.2.1表型变异和相关分析表1半芒子/济麦22ril群体的表型表现及品质性状方差分析注：abs：吸水率；dt：形成时间；st：稳定时间；fqn：粉质质量指数；zsv：zeleny沉降量；gpc：蛋白质含量；gh：籽粒硬度；sl：穗长；gns：穗粒数；twg：千粒重；ⅰ：2016年济南；ⅱ：2016年菏泽；ⅲ：2017年济南。表1显示了ril群体的7个品质相关性状和3个产量相关性状的均值、标准差和变异系数。父本母本双方在品质和产量相关性状上存在显著差异。在zeleny沉降值、籽粒硬度、蛋白质含量和粉质图参数上，地方品种半芒子优于济麦22(表1)。该ril群体的表型变异比较明显，在不同的环境中，有些株系的表型变异优于半芒子(p<0.05)或劣于济麦22(p<0.05)，表明面筋品质是由多个基因控制的数量遗传性状。根据kolmogorov-smirnov检验，除稳定时间(st，2016年济南和2017年济南)和粉质质量指数(fqn，2017年济南)外，大多数性状均符合正态分布（p>0.05）(表1)。表2ril群体品质性状方差分析注：**p<0.01;***p<0.001。gpc：蛋白质含量；gh：籽粒硬度；abs：吸水率；dt：形成时间；st：稳定时间；fqn：粉质质量指数；zsv：zeleny沉降量；sl：穗长；gns：穗粒数；tgw：千粒重。方差分析表明，基因型、环境和基因型×环境互作对所有性状都有极显著的影响(表2)。千粒重的广义遗传力最高，为0.89，其次，穗长、吸水率和泽伦尼沉降值的广义遗传力分别为0.87、0.86和0.86，另外，蛋白质含量、形成时间、硬度、粉质质量指数、稳定时间和穗粒数的广义遗传力分别为0.72、0.70、0.67、0.63、0.59和0.54。表3品质和产量性状之间相关性分析注：**p<0.01;*p<0.05;ns代表不显著。；gpc：蛋白质含量；abs：吸水率；dt：形成时间；st：稳定时间；fqn：粉质质量指数；zsv：zeleny沉降量；gh：籽粒硬度。7个品质相关性状之间的相关性见表3。gpc与gh、abs、dt、fqn、zsv呈正相关。gh与gpc、abs呈正相关。除abs与st之间无显著相关外，其他指标间的相关性均为正相关。fqn与st、dt、zsv呈显著正相关，相关系数分别为0.93、0.84和0.68。穗长与穗粒数呈显著正相关，千粒重与穗粒数呈显著负相关。no.2.255ksnp芯片和遗传图谱特征表4利用半芒子/济麦22ril群体和55ksnp芯片构建的遗传图谱中snp标记的数量和分布染色体标记数长度（cm)snp间平均距离（cm）1a19993.40.472a1310179.50.143a460314.40.684a579231.10.45a646233.40.366a973207.90.217a762244.80.321b324303.40.942b554179.20.323b768232.10.34b733173.50.245b607264.60.446b130107.30.837b356172.20.481d-133161.64.91d-21041.74.171d-3285153.40.541d总计328356.71.092d-16346.70.742d-257134.82.362d-3332213.60.642d总计452395.10.873d-1116123.81.073d-2326294.80.93d总计442418.60.954d-117241.414d-217543.184d-387191.82.24d总计121269.82.235d-16484.61.325d-275158.92.125d-35771.31.255d-47217.70.255d-545155.23.455d总计313487.71.566d-13239.91.256d-24511.30.256d-32592170.846d总计336268.20.87d-128106.33.87d-25787.41.537d-3152980.647d-4183103.90.577d总计420106.30.94第一同源群851753.50.89第二同源群2316753.80.33第三同源群1670965.10.58第四同源群1433674.40.47第五同源群1566985.70.63第六同源群1439583.40.41第七同源群1538523.30.34a基因组49291504.50.37b基因组34721432.30.51d基因组24122302.41.21整个基因组108135528.50.51利用55ksnp芯片对半芒子和济麦22进行筛选多态性分析。53063个snp标记中，17993个snp标记在两个亲本间有多态性。其中，10813个snp标记定位在了小麦21条染色体的37个连锁群上，遗传图谱总长度覆盖5528cm。每条染色体的snp标记数平均为514.9个，染色体的平均长度为263.2cm，相邻snp间的平均距离为0.51cm（0.14-2.23cm）。21条小麦染色体中，4d染色体上的snp标记数最少（121个），2a染色体上的标记数最多（1310个）（表4）。尽管d基因组（2302.4cm）的总长度比a基因组（1504.5cm）长。但与b(3472个)和d(2412个)基因组相比，a基因组的snp标记数更多（4929个）。no.2.3品质和产量相关性状qtl分析表5面筋品质相关性状和产量相关性状qtl分析注：gpc：蛋白质含量；gh：籽粒硬度；abs：吸水率；dt：形成时间；fqn：粉质质量指数；zsv：沉降量；sl：穗长；sl：穗长；gns：穗粒数；tgw：千粒重；ⅰ：2016年济南；ⅱ：2016年菏泽；ⅲ：2017年济南采用完备区间作图法(icim-add)对面筋品质相关性状进行qtl分析，结果如表5所示。在4d染色体上检测到一个重要的多效qtl，它能同时影响多个品质相关性状和产量相关性状，对蛋白质含量、硬度、吸水率、面团形成时间、粉质质量指数和泽伦尼沉降值而言，均在两个或三个环境中重复检测到。该qtl位点位于4d-3染色体的snp标记ax-109230716和ax-110572006之间。该位点在三个环境中对蛋白质含量的表型解释率为24.72～34.69%，其正向等位变异比负向等位变异能提高蛋白质含量1.70～1.96%；该位点对硬度、吸水率、面团形成时间、粉质质量指数和泽伦尼沉降值的表型变异解释率分别为9.60～18.79%、7.66～11.15%、9.55～11.51%、8.32～12.4%和9.52～9.97%。该qtl位点对品质相关性状的正向等位变异来自地方品种半芒子。该位点也影响产量相关性状穗长、穗粒数和千粒重。该位点对穗长和穗粒数的表型变异解释率分别为6.18～7.99%和6.71～7.89%，其正向等位变异来自济麦22，其中正向等位变异比负向等位变异能提高穗粒数5.02～5.66粒。该位点对千粒重的表型变异解释率为7.93～17.64%，其正向等位变异来自半芒子，其正向等位变异比负向等位变异能提高千粒重2.64～5.36克。no.2.3候选基因筛选对该qtl所在snp区间的基因进行分析筛选，发现区间内存在一个编码半胱氨酸蛋白酶的基因，半胱氨酸蛋白酶在种子成熟过程中促进贮藏蛋白的积累（grudkowska等，2004），故能影响小麦品质。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。当前第1页12