通过整合基因组关联研究（GWAS）和转录组分析，鉴定小麦（Triticum aestivum L.）中影响谷物蛋白质含量的候选基因

《BMC Plant Biology》：Identifying candidate genes for grain protein content in wheat (Triticum aestivum L.) by integrated GWAS and transcriptome analysis

　　

摘要

背景

谷物蛋白质含量及其组成是决定小麦营养价值和加工品质的关键因素，直接影响基于面粉的产品的加工特性和营养价值。这一性状受多个基因的协同调控，并且容易受到基因型与环境相互作用的影响，从而导致复杂的遗传结构。因此，阐明谷物蛋白质含量的遗传基础对于培育高品质的专用小麦品种具有重要意义。

结果

本研究使用了260份广泛收集的春小麦种质资源，在四种环境条件下测量了它们的粗蛋白（CP）和可溶性蛋白（SP）含量。通过全基因组关联研究（GWAS），共鉴定出20个与粗蛋白显著相关的遗传位点和23个与可溶性蛋白显著相关的遗传位点。基于连锁不平衡（LD）衰减距离（590 kb），进行了LD块分析，并选出了位于LD块内的4个核心位点：2个与粗蛋白相关的位点2B-161,726,146和2D-610,941,094，以及2个与可溶性蛋白相关的位点1B-562,451,687和7A-4,591,015。在中筋小麦Humai 14（HM14）和高筋小麦Xinchun 48（XC48）中，在四种环境条件下观察到了它们在粗蛋白和可溶性蛋白含量上的显著差异，这些小麦品种在开花后的5个发育阶段（10天、15天、20天、25天和30天）被选为转录组测序对象。共鉴定出27,499个差异表达基因，其中在开花后10天和30天有两个表达峰值。通过整合GWAS和转录组差异表达基因的结果，结合基因功能注释和表达模式分析，最终筛选出5个与谷物蛋白质含量相关的候选基因：TaPAE2-like、TaHIP1、TaGlu-B1al-like、Ta1-SST和Td1-SST-like。

结论

本研究为阐明小麦中谷物蛋白质合成的遗传机制提供了遗传资源，为分子标记辅助育种奠定了重要基础。