多模型全基因组关联分析（GWAS）揭示了面包小麦（Triticum aestivum L.）籽粒硬度、大小和重量的遗传决定因素

《Molecular Genetics and Genomics》：Multi-model GWAS reveals genetic determinants of grain hardness, size and weight in bread wheat (Triticum aestivum L.)

本研究采用GAPIT v3.0的8种多位点模型，对225份春小麦材料在两种环境下的籽粒硬度指数（KHI）、直径（KD）和千粒重（TGW）进行GWAS分析，鉴定出739个显著QTNs，其中36个跨模型一致，13个KHI稳定QTNs与环境无关，8个与已知QTL重叠，并筛选出5个高潜力QTNs。候选基因分析揭示1916个相关基因，涉及脂代谢（GDSL酯酶）、信号传导（蛋白激酶）、物质运输（CRAL-TRIO和蔗糖转运蛋白）及细胞壁修饰（膨胀蛋白）等通路，最终确定95个关键候选基因，为小麦优质高产品种选育提供资源。

　　

摘要

小麦（Triticum aestivum L.）的籽粒品质性状，如籽粒硬度指数（KHI）、籽粒直径（KD）和千粒重（TGW），是决定加工品质和产量潜力的关键因素。在这项研究中，我们利用GAPIT v3.0中实现的八种先进的多基因座模型，对225个春小麦基因型在两种不同环境下的这些性状进行了全面的基因组范围关联研究（GWAS），以解析其遗传结构。通过八种不同的模型，在所有数据集中共识别出739个显著的定量性状核苷酸（QTNs），其中BLINK和FarmCPU模型检测到的QTNs数量最多。所有模型均检测到了36个跨性状的共同QTNs，包括KHI、KD和TGW的稳定QTNs，其中一些QTNs表现出多效性。值得注意的是，有13个KHI的QTNs在两种环境中均被一致检测到，这凸显了它们在标记辅助选择（MAS）中的潜在应用价值。比较分析显示，8个QTNs与先前报道的QTLs存在重叠，尤其是KHI和TGW的QTNs，从而验证了它们的可靠性。相比之下，KD的QTNs没有重叠现象，表明该性状的基因位点可能是新的。根据稳定性、多性状关联性和检测一致性，筛选出了5个具有较高前景的QTNs。候选基因分析发现了1,916个与KHI、KD和TGW相关的基因，功能注释显示这些基因富集于与脂质代谢（GDSL酯酶）、信号传导（蛋白激酶）、同化物运输（CRAL-TRIO和蔗糖转运蛋白）以及细胞壁修饰（膨胀素）相关的功能域。通过对籽粒相关组织的计算机模拟表达分析，进一步证实了这些基因的功能相关性。对36个共同的多性状关联区（MTAs）的分析筛选出了95个代表籽粒品质性状关键调控途径的候选基因。本研究鉴定出的稳定QTNs和生物学上相关的候选基因为精细定位、标记辅助选择（MAS）和功能验证提供了宝贵的资源，这些资源有望帮助培育出高产且籽粒品质更优的小麦品种。