中国农业科学 | 山东省农业科学院作物研究所李豪圣课题组关于冠层活性相关性状全基因组关联分析及其对产量性状遗传效应的解析

高产是小麦育种永恒的目标。作物冠层活性主要受绿色植被覆盖度、叶绿素（chlorophyll， Chl）含量、蒸腾速率和光合速率等相关性状影响，是表征作物群体活力的重要性状，也是作物高产形成的重要基础。归一化植被指数（normalized difference vegetation index，NDVI）是反映作物地上部绿色植被覆盖度的重要参数之一，被广泛应用于不同时期及水肥处理下小麦群体冠层活性研究。叶绿素是植物进行光合作用的重要色素，灌浆期叶片 Chl 含量可直接影响小麦光合速率和灌浆速率。发掘小麦 NDVI 和 Chl 相关基因并分析其与产量性状的关系， 是解析产量形成机理、进行高产分子遗传改良的重要途径。

近期，山东省农业科学院作物研究所李豪圣课题组完成的题为“冠层活性相关性状全基因组关联分析及其对产量性状遗传效应的解析”的研究在《中国农业科学》2024年第57卷4期正式发表。

以166份国内外小麦品种为材料，将其种植于河南安阳和安徽濉溪，结合已构建的包含326 570个来源于小麦 90K和 660K SNP芯片标记的高密度整合物理图谱，对苗期和花后10 d归一化植被指数（NDVI-S 和 NDVI-10）及花后10 d旗叶叶绿素含量（Chl-10）进行关联分析，并与前期利用相同材料得到的产量相关性状结果进行比较。

冠层活性相关性状的方差分析和广义遗传力 

NDVI-S、NDVI-10和Chl-10在基因型、环境及基因型×环境互作间变异方差均达极显著（P＜0.01） 差异，广义遗传力（h²_b）分别为 0.81、0.81 和 0.91。

冠层活性相关性状显著性位点及与前人研究比较

优异等位基因数目增加对 NDVI-S、NDVI-10 和 Chl-10 表型值的作用

分别检测到 13、12 和 15 个与 NDVI-S、NDVI-10 和 Chl-10 显著相关的位点，其中，有12、11和12个为新位点，5 个位点与 2 个以上性状有关。166 份小麦品种含有 NDVI-S、NDVI-10 和 Chl-10 优异等位基因数变幅分别为 4-11、3-11 和 4-12，且随着优异等位基因数目增加其对应表型值呈递增趋势。

 冠层活性相关性状与产量相关性状间的相关分析

冠层活性和产量相关性状多效性位点

NDVI-S 与千粒重、 粒长和粒宽显著正相关（P＜0.01）；Chl-10 与产量和旗叶宽显著正相关（P＜0.01），与单位面积穗数、株高和穗下节长显 著负相关（P＜0.01）。检测到 7 个同时与产量和冠层活性相关的多效性位点。

NDVI-S 可用于品种产量性状的选择， 检测到的稳定位点和多效性位点可在开发标记后用于育种材料的检测。

该研究获得山东省重点研发计划（重大科技创新工程）（2021LZGC009）、泰山产业领军人才工程（LJNY202006）、国家现代农业产业技术体系 （CARS-03-6）、2023 年山东省农业科学院科技创新工程（CXGC2023A01）、济南市“新高校 20 条”资助项目（202228067）资助。

论文链接：

《冠层活性相关性状全基因组关联分析及其对产量性状遗传效应的解析》

引用本文：

李法计, 程敦公, 余晓丛, 闻伟锷, 刘金栋, 翟胜男, 刘爱峰, 郭军, 曹新有, 刘成, 宋健民, 刘建军, 李豪圣. 冠层活性相关性状全基因组关联分析及其对产量性状遗传效应的解析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(4): 627-637.

LI FaJi, CHENG DunGong, YU XiaoCong, WEN WeiE, LIU JinDong, ZHAI ShengNan, LIU AiFeng, GUO Jun, CAO XinYou, LIU Cheng, SONG JianMin, LIU JianJun, LI HaoSheng. Genome-Wide Association Studies for Canopy Activity Related Traits and Its Genetic Effects on Yield-Related Traits[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(4): 627-637.