中国农业科学专题文章 | 西北农林科技大学宋卫宁/聂小军课题组关于ICARDA引进-小麦苗期抗旱性的全基因组关联分析

随着全球极端天气频发，水资源短缺、降雨不均、季节性干旱等问题日趋严峻，干旱已成为限制小麦生产最重要的逆境因子。干旱抑制小麦的生长，会导致小麦株高减小、叶片失水、气孔关闭、净光合速率和气孔导度下降、叶面积减小，从而引起减产。同时，干旱还会干扰小麦的生理和代谢过程，使其更容易受到病虫害的侵害。干旱胁迫下，小麦幼苗的许多形态和生理特征发生改变，包括叶片变小、根长缩短和渗透势降低等。干旱也会影响小麦地上部与地下部生物量。因此，系统解析小麦苗期抗旱性的遗传基础，鉴定、发掘优异苗期抗旱新基因，对小麦抗旱遗传改良、保障粮食安全具有重要意义。

近期，西北农林科技大学宋卫宁/聂小军课题组完成的题为“ICARDA引进-小麦苗期抗旱性的全基因组关联分析”的研究在《中国农业科学》2024年第57卷9期正式发表。

以198份从国际干旱地区农业研究中心（ICARDA）引进的抗旱种质为材料，采用PEG-6000模拟干旱方法，通过调查苗期干旱和正常条件下的地上部鲜重、地下部鲜重、生物量和根冠比4个性状，鉴定、评价其抗旱性，结合660K SNP芯片对其抗旱性进行全基因组关联分析，发掘抗旱性相关染色体区间及关联位点，结合干旱胁迫下根等多组织的表达量数据，筛选抗旱性相关基因，最后以强抗旱性品系IR214和干旱敏感品系IR36为材料，利用qRT-PCR方法对候选基因进行验证，并分析关键候选基因的优异单倍型。

198份小麦干旱胁迫下的表型调查与统计分析

干旱胁迫下，小麦的生长发育受到显著抑制，各性状表型均显著低于正常对照，不同小麦品系间也表现出显著差异，4个性状在2种处理下均呈现正态分布，变异系数为0.363—0.760，多样性指数为0.310—0.400；基于加权隶属函数值（D值）综合评价各个品种的抗旱性，发现品系IR214的D值最大，为0.851，其次为IR92、IR213、IR235和IR218等，它们可作为新的优异抗旱种质；在此基础上，通过全基因组关联分析（genome-wide association study，GWAS），共检测到102个与4个性状抗旱系数显著关联的SNP位点，表型变异解释率范围为1.07%—38.70%，其中，与地上部鲜重相关的位点60个、地下部鲜重相关位点1个、生物量相关位点36个以及根冠比相关位点5个；基于基因组注释信息，筛选到31个抗旱相关基因，结合根等不同组织的RNA-seq数据，筛选出4个抗旱候选基因，对差异表达的候选基因进行qRT-PCR验证，鉴定到2个关键抗旱候选基因；最后，分析候选基因的单倍型效应，发现TraesCS6A02G048600的AX-86174509位点，2种基因型在抗旱性状上具有显著差异，是潜在的功能位点。

基于4个性状的198份小麦苗期抗旱性的全基因组关联分析

候选基因的表达特性和保守结构域预测分析

共检测到102个与苗期抗旱性显著关联的位点，筛选出TraesCS5B02G053500和TraesCS6A02G048600 2个关键候选基因，TraesCS6A02G048600的AX-86174509位点是潜在的抗旱性功能位点。

该研究获得国家自然科学基金（U22A20457）、国家重点研发计划（2021YFD1900190）资助。

论文链接：

《ICARDA引进-小麦苗期抗旱性的全基因组关联分析》

引用本文：

张颖, 石婷瑞, 曹瑞, 潘文秋, 宋卫宁, 王利, 聂小军. ICARDA引进-小麦苗期抗旱性的全基因组关联分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1658-1673.

ZHANG Ying, SHI TingRui, CAO Rui, PAN WenQiu, SONG WeiNing, WANG Li, NIE XiaoJun. Genome-Wide Association Study of Drought Tolerance at Seedling Stage in ICARDA-Introduced Wheat[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(9): 1658-1673.

专题：小麦抗旱性鉴定及基因资源挖掘  

■ 西北农林科技大学生命科学学院张余周课题组关于小麦根系构型及抗旱性的研究进展

      ■ 西北农林科技大学农学院胡银岗课题组鉴定244份春小麦苗期抗旱性