小麦是世界上三大主要主食作物之一。小麦粉可以加工成多种产品，例如蒸面包和面条，这些产品是亚洲国家的重要主食。面粉产品的颜色是消费者接受度的关键决定因素。面粉白度 （FW） 被广泛认为是面粉产品颜色的重要指标。然而，现有的高 FW 小麦品种并不能充分满足消费者的要求。而本研究开发的 KASP 标志物和 PsyA1 多态性标志物适用于分子标志物辅助选择以改善小麦 FW。
2024年10月，河南农业科学院侯锦娜、邓辉及其合作者在“Current Plant Biology”期刊在线发表了以"Genetic dissection of flour whiteness through genome-wide association analysis in common wheat "为题目的研究论文。该文章的主要结果如下：
1.关联群体中 FW 的表型变异
在 2017/18 （E1）、2018/19 （E2） 和 2019/20 （E3） 三个生长季节测量了关联群体中 FW 的最大值、最小值、平均值、标准差、偏度、峰度、变异系数和 H2。FW 符合三个生长季节的关联种群和平均值的正态分布（图 1A）。2018/19 生长季的平均 FW 高于其他生长季节（图 1B）。
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 鉴定 FW 相关遗传位点
通过GWAS分析确定三个生长季节 （E1 、 E2 和 E3） 的关联种群中 FW 的遗传位点和 BLUP 值。在两个或多个环境中重复检测到 6 个 QTL。QTL 分布在染色体 1AS、1BL、4AL、5AL、5DS 和 7AL 上（图 2），并解释了 7.87-16.53% 的表型变异。
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 的阈值
3.显著 SNP 的加法效应
SNP 位点 AX-94443959 、 AX-111128627 、 AX-89746310 和 AX-108932464 对 4 个 QTL 即 QFW 表现出显著的表型贡献。HAAS-1AS，QFW。HAAS-1BL，QFW。HAAS-5AL 和 QFW.HAAS-7AL 的 DNA 中被开发为 KASP 标记物（表 S7 和图 S2）AX-94443959 区分了三种基因型：AX-94443959-CC、AX-94443959-TT 和 AX-94443959-CT。在这些基因型中，AX-94443959-CT 与最高的 FW 相关，其次是 AX-94443959-CC 和 AX-94443959-TT（图 3A）。AX-108932464-CC 等位基因种质的 FW 显著高于 AX-108932464-GG 等位基因种质的种质 （P < 0.001）（图 3B）。同样，与其他等位基因相比，AX-111128627-TT 和 AX-89746310-GG 等位基因与关联群体中较高的 FW 相关（图 3C 和 D）。
图3 4 个 KASP 对 FW 的遗传效应。A、B、C 和 D 分别代表 KASP、AX-89746310、AX-108932464、AX-111128627 和 AX-94443959，E 代表 AX-108932464 和 AX-111128627 的加法效应。
4.TraesCS7A03G1357000 的序列分离与分析
TraesCS7A03G1357000 的基因组序列是从高 FW 种质 'Fanmai8hao' 和 'Fengchan3hao' 以及低 FW 种质 'Zhengmai379' 和 'Luozhen1hao' 中分离出来的，并与中国春天 （CS） 一起作为已发表的小麦参考基因组的来源。开发了一种插入/缺失 （indel） 特异性标记，用于对关联群体中的种质进行基因分型（图 4A ）。具有 PsyA1-b 的种质具有高于具有 PsyA1-a 等位基因的种质的 FW 值。此外，插入缺失特异性标记可以显著区分 FW 、 YPC 、 FL* 、 Fa* 和 Fb* 的表型性状 （t 检验，P < 0.001）。YPC 和 Fb* 与 PsyA1-b 呈显著负相关（图 4C 和 F），而 FW、FL* 和 Fa* 与 PsyA1-b 呈显著正相关（图 4B、图 4D 和 E）。
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
从关联群体中具有 PsyA1-a 等位基因的 127 个种质中分离出 PsyA1-a 转录起始位点上游的序列。开发“TC”SSR 插入侧翼的引物并扩增相应的序列。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）。
6.PsyA1-a 等位基因与 FW 的相关性
为了评价 'TC' 重复单元与 5 个面粉颜色相关性状之间的关联，根据重复数将 PsyA1-a 等位基因分为两种类型。长度为 397 bp 和 393 bp 的重复单位数较高的等位基因被归类为 1 型，其他长度为 391 、 389 、 387 、 385 和 383 bp 的等位基因被归类为 2 型。Type 1 种质的 FW 高于 Type 2 种质的种质。在 127 个测试种质中检测到 FW 、 YPC 、 FL * 、 Fa* 和 Fb* 的显著差异 （t 检验，P < 0.001 或 P < 0.01） （图 5B-F，表 S10）。为了确定 PsyA1-a 启动子区域中 'TC' 重复单元的长度是否影响 TaPsyA1 的表达，选择了 1 型和 2 型各 10 个种质来检测 21 DAP 时籽粒中 TaPsyA1 的表达水平（表 S11）。正如预期的那样，TaPsyA1 在 Type 1 种质中的相对表达水平显著低于 Type 2 种质（图 5G）。总之，PsyA1-a 启动子区域中 'TC' 重复单元数量的增加与较低的表达水平相关，此外，FW 增加。
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水平
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
研究结论：本研究检查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。研究结果将有助于培育具有理想面粉颜色的小麦品种，并为未来面粉颜色相关基因调控的研究提供见解。
