小麦籽粒过氧化物酶活性QTL分析及相关基因克隆和功能标记开发

小麦籽粒过氧化物酶活性QTL分析及相关基因克隆和功能标记开发面粉颜色是决定小麦品质的重要因素,小麦籽粒中过氧化物酶（Peroxidase,POD）活性对面粉及其制品色泽存在褐变和漂白的双重作用。因此探究POD基因的特性并开发相应的功能标记,对于改良小麦品质和分子辅助育种具有重要意义。本研究选用豆麦/石4185RIL群体结合90K的iSelect基因芯片进行POD活性的QTL分析;应用同源克隆结合PCR验证的方法,克隆POD基因并分析其在不同品种中的等位变异,开发相应的功能标记;分析281份不同麦区品种的基因型与POD活性之间的关系并验证功能标记的有效性。主要结果如下:1.对豆麦/石4185RIL群体的214个品系,在4个环境下的POD活性分析表明,基因型、环境和基因型与环境互作效应对POD活性均具有显著影响,籽粒POD活性的广义遗传力为0.76。因此,可以在小麦育种早期世代根据育种目标对POD活性进行选择。2.利用豆麦/石4185RIL群体的214个品系、7391个SNP标记和一个新开发的STS标记对普通小麦POD活性进行QTL分析。共检测到3个QTL,QPod.caas-3AL、QPod.caas-4BS和QPod.caas-5AS,分别位于3AL、4BS和5AS上。QPod.caas-3AL位于SNP标记Excalibur_c6906₁167和STS标记POD-3A1/POD-3A2之间,QPod.caas-4BS位于SNP标记BS00026143₅1和Excalibur_c17607₅42之间,QPod.caas-5AS位于SNP标记wsnp_Ex_c16551₂5061517和CAP8_s9855₁65之间。QPod.caas-3AL、QPod.caas-4BS和QPod.caas-5AS在不同环境下能分别解释5.3-9.2%、9.3-21.2%和5.8-11.7%的表型变异。3.利用同源克隆的方法克隆了普通小麦3A、3B、7A、4A和7D染色体上POD基因的全长编码序列,分别命名为TaPod-A1、TaPod-B1、TaPod-A2、TaPod-A3和TaPod-D2,其编码区（Codingsequence,CDS）长度分别为1107、1110、1089、1083和1077bp。TaPod-A1和TaPod-B1基因都含有一个内含子,与水稻prx23基因一致;而TaPod-A2、TaPod-A3和TaPod-D2基因均不含内含子。4.通过对不同小麦品种的TaPod-A1基因序列进行多态性分析,发现了TaPod-A1基因的两个等位变异,分别命名为TaPod-A1a和TaPod-A1b,并据此开发了一对显性互补的功能标记POD-3A1和POD-3A2。POD-3A1在TaPod-A1a的材料中能扩增出291bp的片段,与低POD活性相关,而在TaPod-A1b型的材料中没有扩增片段。POD-3A2则只能在TaPod-A1b型的材料中扩增出766bp的片段,与高POD活性相关,在TaPod-A1a型的材料中没有扩增片段。利用一套中国春缺体-四体系、3AL和3AS双端体系将POD-3A1和POD-3A2定位在小麦3AL染色体上,与SNP标记连锁分析结果一致。用此功能标记POD-3A1和POD-3A2检测281份来自3个麦区的小麦材料,不同麦区不同基因型的POD活性差异达到5%显著水平。此外,还利用豆麦/石4185RIL群体的214个品系对标记进行了验证,4个环境下不同基因型的POD活性差异达到1%