小麦为全球主要粮食作物，其面粉产品颜色受消费者重视。面粉白度（FW）是衡量面粉颜色的关键指标，但现有高白度小麦品种无法满足需求。漂白剂过氧化二苯甲酰（BPO）有害健康，而苋菜粉和葡萄皮渣虽能改善颜色，却降低加工品质。臭氧处理可提高FW。FW受多种因素影响，包括黄色素含量（YPC）及多酚氧化酶（PPO）、脂氧合酶（LOX）、过氧化物酶（POD）活性。YPC增加使面粉颜色变暗，PPO导致酶促褐变，LOX使颜色变亮，POD和过氧化氢（H2O2）则使颜色变白。FW受高遗传力控制，为数量性状。硬粒小麦和普通小麦中已检测到与FW相关的遗传位点。本研究利用GWAS分析了小麦FW的遗传机制，鉴定了FW相关SNP和候选基因，为分子标记辅助选择改良小麦面粉产品提供了理论基础。
近日，河南农业科学院侯锦娜、邓辉及其合作者在著名期刊“Current Plant Biology”发表了以"Genetic dissection of flour whiteness through genome-wide association analysis in common wheat "为题目的研究论文。本研究分析了关联群体中小麦粉颜色相关性状的遗传基础，筛选到候选基因的等位基因序列和多态性，并开发了面粉白度 MAS 的分子标记。
1. FW 的表型变异分析
作者分析了三个生长季节（2017/18-2019/20）的关联群体的鲜重（FW），FW平均值介于67.3至82.9，均值为76.0，变异系数为44%，显示小麦品系间变异广泛。FW遗传力高达0.93，表明主要受遗传控制。生长季节间FW表型相关系数高（r=0.77-0.90，P<0.01）。方差分析显示基因型、环境及互作显著影响FW变异（P<0.001）。FW在三个季节均符合正态分布，且2018/19季平均值最高。在2019/20季，FW与每穗粒数（YPC）、旗叶叶绿素（FL）、花青素（Fa）和类黄酮（Fb）含量显著相关，与FL和Fa正相关，与Fb和YPC负相关（P<0.01）。识别出31个FW>80的高FW基因型品系。
图1 不同环境下自然种群面粉白度分布（A） 2017-2018 年 （E1）、2018-2019 年 （E2）、2019-2020 年 （E3） 面粉白度箱线图，加上所有三个环境的平均值。（B） 3种环境下面粉白度分布图及其均值
2. GWAS方法关联 FW 相关遗传位点
在前期研究中，作者利用660K 芯片开发了244,508个SNP标记，并进一步与FW性状数据进行了全基因组关联分析（GWAS），以确定三个生长季节（E1、E2、E3）关联群体中鲜重（FW）的遗传位点。在两个或更多环境中重复检测到6个数量性状位点（QTL），分布于1AS、1BL、4AL、5AL、5DS和7AL染色体上，解释了7.87–16.53%的表型变异。其中，1AS染色体上的QFW.HAAS-1A.1和7AL染色体上的QFW.HAAS-7A.1对FW的基因型贡献最大，在超过三个环境中被检测到，分别解释了10.77–16.53%和11.97–14.5%的表型变异。在六个与FW显著相关的QTL中确定了峰值SNP。携带不同等位基因的小麦品系在FW上存在显著差异（t检验）。
图2 207 个小麦品种的面粉白度的曼哈顿和 Q-Q 图。E1、E2 和 E3 分别表示 2017-2018 年、2018-2019 年和 2019-2020 年的环境。红色虚线表示 -log10P = 4 阈值
表2：GWAS鉴定到的与面粉白度相关的QTL的信息
3. 显著 SNP 的加法效应
经分析发现以下位点的SNP（AX-94443959、AX-111128627、AX-89746310和AX-108932464）对小麦QFW位点有显著贡献，并被开发为KASP标记。AX-94443959区分出三种基因型，其中AX-94443959-CT与最高FW相关。携带AX-108932464-CC等位基因的品系FW显著高于携带AX-108932464-GG等位基因的品系。AX-111128627-TT和AX-89746310-GG等位基因也与更高FW相关。AX-111128627和AX-108932464具有加性效应，优异等位基因品系FW更高。分析显示，高FW品系得分也较高（r=0.47-0.63，P＜0.001）。高FW等位基因数量与YPC和Fb*负相关（r=-0.62和-0.60，P＜0.001），因此这些SNP可用于小麦FW改良。
4. TraesCS7A03G1357000 的序列分离与分析
TraesCS7A03G1357000的基因组序列是从高FW品质的种质'Fanmai8hao'、'Fengchan3hao'及低FW种质'Zhengmai379'、'Luozhen1hao'中分离出来的，并与中国春天（CS）共同构成小麦参考基因组。作者进一步开发了indel特异性标记对关联群体进行基因分型。indel标记能显著区分FW、YPC、FL、Fa、Fb表型（P<0.001）。总共从 127 个种质中鉴定出 7 个片段，长度分别为 397、393、391、389、387、385 和 383 bp（图 5A ），相应的种质数量为 12、50、6、7、17、29 和 6。在 CS 中检测到 23 个 'TC' 单位重复序列，片段长度为 397 bp（图 6）
图4 目前自然种群中 TaPsyA1 基因序列的变异。A 是高通量荧光标记条带的结果，引物 F3R3 用于扩增。引物序列如表 S2 所示，材料名称如表 S9 所示。PsyA1-a 扩增 408 bp 片段，PsyA1-b 长度为 445 bp。（2） B-F 表示两种基因型 FW、YPC、FL*、Fa* 和 Fb* 的差异
5. PsyA1-a 等位基因与 FW 的相关性
为评估'TC'重复单元与面粉颜色相关性状的关联，作者将PsyA1-a等位基因按重复数分为两类：高重复数（397 bp和393 bp）为1型，低重复数（391-383 bp）为2型。1型种质FW高于2型。127个测试种质中，FW、YPC、FL、Fa、Fb*存在显著差异（P<0.001或P<0.01）。检测21 DAP时籽粒TaPsyA1表达水平，发现1型种质表达显著低于2型，表明PsyA1-a启动子区域'TC'重复单元数量增加与表达水平降低及FW增加相关。
图5自然种群中 TaPsyA1 启动子区域的变异。A 是高通量荧光标记条带的结果，CS 是中国弹簧，材料名称 01-14 如表 S10 所示。B-G 分别表示 FW 、 YPC 、 FL * 、 Fa* 、 Fb * 的差异以及两种类型的相对表达
图6 TaPsyA1 启动子区的核苷酸序列分析。红色框表示 TC 的重复序列
总结：
本研究探究了关联群体中小麦粉颜色相关性状的遗传基础，分析了候选基因PsyA1-a的等位基因序列和多态性，将等位基因按'TC'重复单元数量分为两类，并开发了与之相关的分子标记。研究发现，'TC'重复单元数量增加与面粉白度（FW）提高及候选基因表达水平降低相关。这一成果有助于小麦品种的面粉颜色改良，并为面粉颜色相关基因调控的研究提供了新视角。
听说点在看会发大文章
