CN111187852B - 一个与小麦产量相关的snp位点及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一个与小麦产量相关的SNP位点及其应用。本发明公开的SNP位点为小麦基因组上位于3A染色体上的第549903090位的SNP位点C549903090G，即序列表中序列3自5’端起第415位核苷酸；所述C549903090G位点为C/G多态。本发明又基于该SNP位点开发了CAPS分子标记，并提供了一种鉴定待测小麦产量相关性状的方法。本发明通过大量小麦材料进行实验验证发现：基因型为GG的待测小麦品种的产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数显著高于基因型为CC的待测小麦品种的产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数。本发明对小麦分子标记辅助育种具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术领域，具体涉及一个与小麦产量相关的SNP位点及其应用。
背景技术
小麦是世界上主要的粮食作物之一，全世界35-40％的人口以小麦为主粮，因此，小麦产量直接关系到全世界的粮食安全。小麦总产量由播种面积和单位面积产量两个因素构成。在当前耕地面积有限的情况下，提高单位面积产量是提高小麦总产的唯一途径。
小麦单产由单位面积穗数、穗粒数和千粒重三个因素构成，协同提高上述三个因素对于提高小麦单位面积产量具有重要意义。因此挖掘与小麦产量性状相关的优异等位变异，并且开发相应的功能标记对小麦分子标记辅助高产育种具有重要意义。
发明内容
本发明的第一个目的是提供检测小麦基因组中位于3A染色体上的C549903090GSNP位点的多态性或基因型的物质的新用途。
本发明提供了检测小麦基因组中位于3A染色体上的C549903090G SNP位点的多态性或基因型的物质在如下1)-6)中任一种中的应用：
1)鉴定或辅助鉴定小麦产量；
2)制备鉴定或辅助鉴定小麦产量的产品；
3)鉴定或辅助鉴定小麦千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数；
4)制备鉴定或辅助鉴定小麦千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数的产品；
5)小麦育种；
6)制备小麦育种的产品；
所述C549903090G SNP位点为序列表中序列3自5’端起第415位核苷酸；所述C549903090G SNP位点为C/G多态。
上述应用中，所述C549903090G SNP位点的基因型为CC或GG。
所述检测小麦基因组中位于3A染色体上的C549903090G SNP位点的多态性或基因型的物质包括引物对和限制性内切酶Bgl II；
所述引物对由引物F和引物R组成；
所述引物F为如下a1)或a2)：
a1)序列表中序列1所示的单链DNA分子；
a2)将序列1经过一个或几个核苷酸的取代和/或缺失和/或添加且与序列1具有相同功能的单链DNA分子；
所述引物R为如下b1)或b2)：
b1)序列表中序列2所示的单链DNA分子；
b2)将序列2经过一个或几个核苷酸的取代和/或缺失和/或添加且与序列2具有相同功能的单链DNA分子。
本发明的第二个目的是提供一种鉴定或辅助鉴定小麦产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数的产品。
本发明提供的鉴定或辅助鉴定小麦产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数的产品包括上述检测小麦基因组中位于3A染色体上的C549903090G SNP位点的多态性或基因型的物质。
本发明的第三个目的是提供一种鉴定或辅助鉴定小麦产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数的方法。
本发明提供的鉴定或辅助鉴定小麦产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数的方法为方法(一)或方法(二)：
所述方法(一)包括如下步骤：检测待测小麦基因组中C549903090G SNP位点的基因型为CC还是GG，根据基因型判断所述待测小麦产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数：基因型为GG的待测小麦品种的产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数高于或候选高于基因型为CC的待测小麦的产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数；
所述C549903090G SNP位点为序列表中序列3自5’端起第415位核苷酸。
进一步的，检测所述C549903090G SNP位点的基因型为CC还是GG的方法为如下A)或B)：
A)测序；
B)用上述引物对对所述待测小麦基因组DNA进行PCR扩增，再用限制性内切酶BglII酶切扩增产物，检测酶切产物：
若酶切产物为752bp的片段，则待测小麦基因组中C549903090G SNP位点的基因型为CC；
若酶切产物为414bp和338bp的片段，则待测小麦基因组中C549903090G SNP位点的基因型为GG。
所述方法(二)包括如下步骤：用上述引物对对所述待测小麦基因组DNA进行PCR扩增，再用Bgl II酶切扩增产物，检测酶切产物：酶切产物为414bp和338bp片段的待测小麦品种的产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数高于或候选高于酶切产物为752bp片段的待测小麦的产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数。
上述方法在小麦育种中的应用也属于本发明的保护范围。
本发明的第四个目的是提供一种小麦育种的方法。
本发明提供的小麦育种方法为方法甲或方法乙：
所述方法甲包括如下步骤：选择C549903090G SNP位点的基因型为GG的小麦材料作为亲本进行小麦育种；
所述方法乙包括如下步骤：按照上述方法筛选出高产量小麦作为亲本进行小麦育种。
本发明的最后一个目的是提供成套试剂。
所述成套试剂包括上述引物对和限制性内切酶Bgl II。
所述成套试剂具有如下1)-6)中任一种用途：
1)鉴定或辅助鉴定小麦产量；
2)制备鉴定或辅助鉴定小麦产量的产品；
3)鉴定或辅助鉴定小麦千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数；
4)制备鉴定或辅助鉴定小麦千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数的产品；
5)小麦育种；
6)制备小麦育种的产品。
上述成套试剂在上述1)-6)中任一种中的应用也属于本发明的保护范围。
以上任一所述C549903090G SNP位点为小麦基因组3A染色体上的第549903090位核苷酸。
以上任一所述小麦材料可为260份中国小麦微核心种质材料(MCC)中任一所述的小麦材料或其后代，或384份中国小麦品种(PZ)中任一所述的小麦品种或其后代，或小偃54或其后代，或以小偃54为背景的近等基因系材料中任一所述的小麦材料或其后代。
本发明首先提供了一个与小麦产量相关的SNP位点即C549903090G位点，其为小麦基因组3A染色体上第549903090位核苷酸或序列3自5’端起第415位核苷酸，该位点的基因型为CC或GG。本发明又基于该SNP位点开发了CAPS分子标记，并提供了一种鉴定或辅助鉴定待测小麦产量相关性状的方法。最后本发明通过大量小麦材料进行实验验证发现：基因型为GG的待测小麦材料的产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数显著高于基因型为CC的待测小麦材料的产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数。本发明对小麦分子标记辅助高产育种具有重要意义。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均购买自常规生化试剂公司。
小麦品种小偃54：参考文献：“强筋优质小麦——小偃54”，《农友致富月刊》，2001年，第8期，9-9页，公众可以从中国科学院遗传与发育生物学研究所获得。
小麦品种郑麦7698：参考文献：“小麦品种郑麦7698示范和推广应用研究”，《中国种业》，2016年，第11期，10-14页，公众可以从河南省农业科学院小麦研究所获得。
小麦品种周麦18：参考文献：“小麦新品种周麦18号的选育及配套栽培技术”，《中国种业》，2006年，第1期，46-47页，公众可以从河南省周口农科所获得。
260份中国小麦：参考文献：Jiang QY,Hou J,Hao CY,Wang LF,Ge HM,Dong YS,Zhang XY.2011.The wheat(T.aestivum)sucrose synthase 2 gene(TaSus2)active inendosperm development is associated with yield traits.Functional&IntegrativeGenomics.11,49-61，公众可以从中国科学院遗传与发育生物学研究所获得。
384份中国小麦品种(PZ)：参考文献：Dongzhi Wang,Kang Yu,Di Jin,Linhe Sun,Jinfang Chu,Wenying Wu,Peiyong Xin,Edita Gregová,Xin Li,Jiazhu Sun,WenlongYang,Kehui Zhan,Aimin Zhang,Dongcheng Liu.2019.Natural variations in thepromoter of Awn Length Inhibitor 1(ALI-1)are associated with awn elongationand grain length in common wheat.The Plant Journal.https://doi.org/10.1111/tpj.14575，公众可以从中国科学院遗传与发育生物学研究所获得。
实施例1、C549903090G SNP位点的发现及CAPS分子标记的开发
一、C549903090G SNP位点的发现
本发明通过对大量小麦品种进行分析发现一个与小麦产量性状相关的SNP位点。该SNP位点位于小麦基因组3A染色体上的第549903090位，将其记作C549903090G，该SNP位点的基因型为CC或GG。
二、CAPS分子标记的开发
基于步骤一中的C549903090G SNP位点开发CAPS分子标记，引物序列如下：
2.8CAPSF：GAGGCTGAATGTGCTGCTGG(序列1)；
2.8CAPSR：GTGTCTTGTCACTGGGCTATTGCC(序列2)。
CAPS分子标记的扩增产物的DNA序列为序列3，C549903090G SNP位点位于序列3自5’端起第415位。
用限制性内切酶BglII(New England Biolabs，USA)对该扩增产物进行酶切：
若酶切产物为752bp长的DNA片段，则该C549903090G SNP位点的基因型为CC；
若酶切产物为414bp和338bp长的两个DNA片段，则该C549903090G SNP位点的基因型为GG。
实施例2、CAPS分子标记的应用
供试材料：644份中国小麦品种，其包括260份中国小麦微核心种质材料(MCC)；384份中国小麦品种(PZ)。
一、基因型检测
1、小麦基因组DNA提取
提取供试小麦品种的基因组DNA。
2、PCR扩增及酶切消化
用实施例1步骤二中的CAPS分子标记对供试材料的基因组DNA进行PCR扩增，得到PCR扩增产物；然后用限制性内切酶Bgl II酶切消化PCR扩增产物，得到酶切产物。
3、酶切产物检测
利用3％的琼脂糖凝胶对酶切产物进行电泳检测。
若酶切产物为752bp长的DNA片段，则该小麦材料的C549903090G SNP位点的基因型为CC；若酶切产物为414bp和338bp长的两个DNA片段，则该小麦材料的C549903090G SNP位点的基因型为GG。
检测结果表明：260份中国小麦微核心种质材料中有121份的基因型为GG，另外139份的基因型为CC；384份中国小麦品种材料中有340份的基因型为GG，44份基因型为CC基因型。
二、C549903090G SNP位点基因型与小麦产量相关农艺性状的关联性分析
分别对在2002年、2005年、2006年河南种植的260份中国小麦微核心种质材料以及2017年在北京昌平和河北赵县两地重复种植的384份中国小麦品种的株高、株穗数、穗长、小穗数、穗粒数和千粒重6个与产量相关的农艺性状进行检测。每份材料挑选生长正常的5棵单株，进行考种测定，最终结果为5棵单株的平均值。
结果如表1和表2所示。结果表明：C549903090G SNP位点基因型为GG的小麦品种的穗粒数和千粒重显著高于C549903090G SNP位点基因型为CC的小麦品种。说明C549903090GSNP位点的GG基因型与小麦的穗粒数和千粒重成极显著的正相关，而CC基因型与小麦的穗粒数和千粒重呈极显著的负相关。
表1、C549903090G SNP位点基因型和小麦株高、株穗数、穗长的关联分析
注：MCC指260份中国小麦为核心种质材料；PZ指384份中国小麦品种。
相关系数使用Pearson方法计算，显著性使用双尾方法进行测验并使用星号表示，*表示P<0.05，**表示P<0.01。
表2、C549903090G SNP位点基因型和小麦小穗数、穗粒数、千粒重的关联分析
注：MCC指260份中国小麦为核心种质材料；PZ指384份中国小麦品种。
相关系数使用Pearson方法计算，显著性使用双尾方法进行测验并使用星号表示，*表示P<0.05，**表示P<0.01。
实施例3、CAPS分子标记的应用
供试材料：小麦品种小偃54和以小偃54为背景的C549903090G SNP位点的近等基因系材料：XY54×ZM7698-8(小偃54和郑麦7698-8株系的杂交子代)；XY54×ZM7698-11(小偃54和郑麦7698-11株系的杂交子代)、XY54×ZM18-13(小偃54和周麦18-13株系的杂交子代)、XY54×ZM18-25(小偃54和周麦18-25株系的杂交子代)、XY54×ZM18-28(小偃54和周麦18-28株系的杂交子代)、XY54×ZM18-29(小偃54和周麦18-29株系的杂交子代)。
一、基因型检测
按照实施例2步骤一中的基因型检测方法检测供试材料的基因型。
结果表明：小偃54为CC基因型，6份以小偃54为背景的C549903090G SNP位点的近等基因系材料：XY54×ZM7698-8、XY54×ZM7698-11、XY54×ZM18-13、XY54×ZM18-25、XY54×ZM18-28、XY54×ZM18-29均为GG基因型。
二、产量相关性状的检测
每份材料挑选生长正常的单株10株，进行考种测定，最终结果为10株单株的平均值。并挑选其中生长正常的14株进行总产量和增产情况测定。增产百分比为＝【(14株近等基因系的总产量-14株小偃54的总产量)/14株小偃54的总产量】×100％。
结果如表3和表4所示。与小偃54相比，近等基因系的穗部结构发生了显著的变化，特别是在2018年赵县的单株和群体的材料以及2019年北京的单株材料。研究发现，近等基因系穗粒数的增加主要是由于穗长变长和小穗数增加所导致(2018年赵县群体和2019年北京单株材料)，或者由于小穗数和小穗粒数同时增加所导致(2018年赵县单株)。进一步比较了14株材料的总产量，除去XY54×ZM18-13-5(在2019年赵县单株水平)比小偃54减产3.64％外，其余所有近等基因系株系在四个环境下比小偃54均增产，增产幅度达4.69-132.13％。
更进一步比较了近等基因系和小偃54的小区产量。结果表明：与小偃54相比，近等基因系在两年点(2018年赵县和2019年杨凌)产量增产达到2.29-11.05％(表5)。
表3、小偃54与近等基因系间的农艺性状(株高、株穗数、穗长和小穗数)比较分析
注：XY54指小偃54；ZM18指周麦18；ZM7698指郑麦7698。XY54×ZM7698-8-1和XY54×ZM7698-8-2为XY54×ZM7698-8自交子代的两个株系，XY54×ZM7698-8-1-1、XY54×ZM7698-8-1-2、XY54×ZM7698-8-1-3为XY54×ZM7698-8-1自交子代的三个株系，其它类推。相关系数使用Pearson方法计算，显著性使用双尾方法进行测验并使用星号表示，*表示P<0.05，**表示P<0.01。小区面积大小为10.8m2。
表4、小偃54与近等基因系间的农艺性状(小穗粒数、穗粒数、千粒重、14株总产量和增产百分比)的比较分析
注：XY54指小偃54；ZM18指周麦18；ZM7698指郑麦7698。XY54×ZM7698-8-1和XY54×ZM7698-8-2为XY54×ZM7698-8自交子代的两个株系，XY54×ZM7698-8-1-1、XY54×ZM7698-8-1-2、XY54×ZM7698-8-1-3为XY54×ZM7698-8-1自交子代的三个株系，其它类推。相关系数使用Pearson方法计算，显著性使用双尾方法进行测验并使用星号表示，*表示P<0.05，**表示P<0.01。小区面积大小为10.8m2。
表5、小偃54和近等基因系之间的小区产量比较
注：XY54指小偃54；ZM18指周麦18；ZM7698指郑麦7698。小区面积为10.8m2；小区产量为两个重复的结果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
序列表
<110>中国科学院遗传与发育生物学研究所
<120>一个与小麦产量相关的SNP位点及其应用
<160>3
<170>PatentIn version 3.5
<210>1
<211>20
<212>DNA
<213>Artificial Sequence
<400>1
gaggctgaat gtgctgctgg 20
<210>2
<211>24
<212>DNA
<213>Artificial Sequence
<400>2
gtgtcttgtc actgggctat tgcc 24
<210>3
<211>752
<212>DNA
<213>Artificial Sequence
<400>3
gaggctgaat gtgctgctgg gggagctgcg gtacgcgcgc gggttcgcgt tcgtgcagga 60
cgtgtcgtac gcggggttcc ttgaccgggt gcgcgacggc gagctcaagc tccgcgcctc 120
cggcctctgg gacgtgccgc atccctggct caacctcttc ctcccgcgct cccgcgtcct 180
cgacttcgcc gccggcgtct tccacggcat cctccgccgt gacagcacca ccggcgccat 240
gggacccgtc ctcgtctacc ccatgaaccg gaacaggtgg gacgccgaca cgtccgcggt 300
gctcccggag gaggaggagg tgttctacac cgtggggatc ctgcggtcgt cggtgccggc 360
gtcgacggac ggtggccgcc agctgctgag gcgcctggag gagcagaacg aggacatctt 420
acgattctgc gaggaggccg ggataccgtg cgtgcagtac ctgccgtact acgccgacca 480
ggacgggtgg gagaagaagc actttggtct agccaagtgg gccagattcg tggatcggaa 540
gaggaagtat gatcccaagg cgatcctgtc ccgtggtcag agaattttca cctccccgct 600
cgcttgatcc atccatccat cgatgcccgc ctagctagct agtagcccta aaaaaaagct 660
agctatccaa tgcactatgc atgcatgtca tcgccatatt tcttgcttgc aatagcccat 720
gagagctggg caatagccca gtgacaagac ac 752
Claims (9)
1.检测小麦基因组中C549903090G SNP位点的多态性或基因型的物质在如下1）-6）中任一种中的应用：
1）鉴定或辅助鉴定小麦产量；
2）制备鉴定或辅助鉴定小麦产量的产品；
3）鉴定或辅助鉴定小麦千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数；
4）制备鉴定或辅助鉴定小麦千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数的产品；
5）小麦育种；
6）制备小麦育种的产品；
所述C549903090G SNP位点为序列表中序列3自5’端起第415位核苷酸；
所述C549903090G SNP位点为C/G多态。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述C549903090G SNP位点的基因型为CC或GG。
3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于：所述检测小麦基因组中C549903090GSNP位点的多态性或基因型的物质包括引物对和限制性内切酶Bgl II；
所述引物对由引物F和引物R组成；
所述引物F为序列表中序列1所示的单链DNA分子；
所述引物R为序列表中序列2所示的单链DNA分子。
4.一种鉴定或辅助鉴定小麦产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数的产品，其包括权利要求1-3中任一所述检测小麦基因组中C549903090G SNP位点的多态性或基因型的物质。
5.一种鉴定或辅助鉴定小麦产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数的方法，为检测小麦基因组中C549903090G SNP位点的基因型为CC还是GG，根据基因型判断所述待测小麦产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数：基因型为GG的待测小麦品种的产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数高于或候选高于基因型为CC的待测小麦品种的产量和/或千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数；
所述C549903090G SNP位点为序列表中序列3自5’端起第415位核苷酸。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述检测小麦基因组中C549903090G SNP位点的基因型为CC还是GG的方法为如下A）或B）：
A）测序；
B）用权利要求3中的所述引物对对所述待测小麦基因组DNA进行PCR扩增，再用限制性内切酶Bgl II酶切扩增产物，检测酶切产物：
若酶切产物为752bp长的DNA片段，则待测小麦基因组中C549903090G SNP位点的基因型为CC；
若酶切产物为414bp和338bp长的两个DNA片段，则待测小麦基因组中C549903090G SNP位点的基因型为GG。
7.权利要求5或6所述的方法在小麦育种中的应用。
8.一种小麦育种的方法，为方法甲或方法乙：
所述方法甲包括如下步骤：选择C549903090G SNP位点的基因型为GG的小麦材料作为亲本进行育种；
所述方法乙包括如下步骤：按照权利要求5或6所述方法筛选出高产量小麦作为亲本进行育种。
9.成套试剂在如下1）-6）中任一种中的应用：
1）鉴定或辅助鉴定小麦产量；
2）制备鉴定或辅助鉴定小麦产量的产品；
3）鉴定或辅助鉴定小麦千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数；
4）制备鉴定或辅助鉴定小麦千粒重和/或穗粒数和/或小穗粒数和/或小穗数的产品；
5）小麦育种；
6）制备小麦育种的产品；
所述成套试剂包括权利要求3中所述的引物对和限制性内切酶Bgl II。
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