馒头色泽与质构性状的GWAS分析.DOC

1、馒头色泽与质构性状的 GWAS 分析吴澎 1 刘娟 1 陈广凤 2 赵子彤 1 杨艺 1 李向阳 1 唐晓珍 1 田纪春 3（山东省高校食品加工技术与质量控制重点实验室；山东农业大学食品学院 1，泰安 271018） （德州学院生态与景观学院 2，德州 253023） （山东农业大学小麦品质育种研究室；山东省作物生物学重点实验室 3，泰安 271018）摘 要 为从分子水平研究控制馒头色泽与质构性状的基因位点，以 205 份不同小麦品种为实验材料，利用分布于小麦全基因组的 24 355 个单核苷酸多态性（SNP ）标记对馒头色泽与质构性状进行关联分析。结果检测到 276 个馒头色泽性状显著关联

2、位点，其中 23 个极显著（ P10%），9 个位点在两个以上环境中检测到，分布于小麦 21 条染色体中的 13 条。检测到 23个与馒头质构性状存在显著关联的多效性位点，分布于小麦的 15 条染色体，本研究所得到的这些标记为结合分子育种技术改良馒头用小麦品种提供了有价值的参考。关键词 馒头 质构 色泽 单核苷酸多态性 GWAS中图分类号：TS201.1 文献标识码：A Genome-Wide Association Analysis between SNP Markers and colour and Texture Related Traits of Steamed BreadWU Pen

3、g1, LIU Juan1, CHEN Guangfeng2, ZHAO Zitong1, YANG Yi1, LI Xiangyang1, TANG Xiaozhen1, TIAN Jichun3(Key Laboratory of Food Processing Technology and Quality Control in Shandong Province；College of Food Science and Engineering, Shandong Agricultural University1, Taian 271018) (College of Ecology and

4、Landscape Architecture, Dezhou University2, Dezhou 253023) (State Key Laboratory of Crop Biology；Group of Quality Wheat Breading, Shandong Agricultural University3, Taian 271018)Abstract In order to study the gene loci that control colour and texture of steamed bread, 205 diverse wheat varieties wer

5、e used to conduct trait-markers association using 24 355 single nucleotide polymorphism (SNP) markers covered the whole genome of wheat. In the results, 276 significiant markers were detected for colour of steamed bread, including 23 highly significiant markers (P10%), 9 markers detected in two or m

6、ore environment. 23 pleiotropic markers were detected for texture traits of steamed bread mapped onto 15 chromosomes of wheat. These results will facilitate further researches in sensory properties in steamed bread.Keywords steamed bread，texture，colour，single nucleotide polymorphism markers (SNP)，ge

7、nome-wide association analysis (GWAS)馒头是我国北方人民的主要面制食品，其消费量占全国面制品消费量的一半，在人们膳食结构中占有非常重要的地位 1。馒头的质构与色泽性状作为影响馒头品质的两个非常重要的因素，一直被看做评价馒头质量好坏的指标。目前，国内虽已有许多有关馒头质构性状与色泽性状的研究 2-5，但相较于国外学者对面包品质从遗传机理到加工过程都进行大量深入细致的系统研究，并应用到栽培及加工实践的现状，国内学者对馒头的研究深度较小，且多数局限于原料、配料和工艺条件对馒头品质的影响 6-10，对馒头品质遗传机理方面的研究几乎是空白。 随着近几年分子标记在小麦等

8、植物育种中的 1成功运用 11-16，从分子角度对影响馒头各性状的基因进行分析成为研究热点。基金项目：山东“双一流”奖补资金资助山东省重点研发计划（公益类）（2017GNC10101 ）山东农业大学作物生物学国家重点实验室开放课题（2015KF14）收稿日期：2018-2-1 作者简介：吴澎，女，1972 年出生，副教授，食品安全与质量控制通讯作者：田纪春，男，1953 年出生，教授，小麦作物育种全基因组关联分析(genome-wide association study, GWAS)是近年来在植物育种中应用比较广泛的分析技术，它是基于连锁不平衡原理对目标性状与遗传标记或候选基因进行分析，从而

9、准确定位与目标性状相关的基因位点 17-18。与基因重组分析方法比较，关联分析具有高通量、检测速度快、精度高的特点，已经成功应用于玉米 20、水稻 21、拟南芥 22、油菜 23、大麦 24等重要作物。单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism, SNP）标记作为新型的第三代分子标记，与传统分子标记相比 SNP 具有数量多、分布广和密度高的特点，能在待测基因的附近和内部提供一系列标记，可极大的提高关联分析的统计效力 25-26。本实验通过全基因组关联分析对影响馒头质构与色泽性状的基因位点进行研究，旨在从分子层面比较馒头感官性状间的差别，为下一步结合小麦分子育种

10、筛选优良馒头小麦品种提供参考。1.材料与方法1.1 试验材料及表型鉴定试验群体由来自不同国家和省份的 205 份小麦品种构成，包括 55 个骨干亲本和 73 个高代品系。其中 203 份来自于我国种植冬小麦的十个省份，2 份分别来自于法国跟墨西哥（表 1）。在 2014 年和 2015 年间，分别将供试小麦种植于山东德州试验点（德州市农业科学院）和山东泰安试验点（山东农业大学），每份小麦品种播种三行，行长 2 m，行与行之间间隔 25 cm，重复两次。小麦生长期间，对试验田进行常规管理，没有出现严重的病虫害和倒伏现象。待小麦成熟后，将其收割、编号，研磨成面粉，并按传统方法制作成馒头。待馒头冷却

11、后，平放于桌面上，取每个馒头外表皮的表面顶端为外表面色泽测量点，选取的外表面测量点要求平整光滑，以确保所测结果的准确性。用色差仪测量其 L*、a*、b* 值，重复三次。测量结束后，用切割机将馒头平行切割成三片，取中间片的内瓤中间位置作为内表面测量点，测量其 L*、a*、b* 值，重复三次。测量结束后，取馒头中间片置于质构仪上，在 TPA 模式下采用 P35探头进行压缩实验 27，测试前速率 3.00 mm/s，测试速率 1.0 mm/s，测试后速率 1.0 mm/s，下压程度50%。第一次压缩结束后，探头回到起始位置，等待 3s 后进行第二次压缩。采用 SPSS18.0 软件对表型数据进行分析

12、。表 1 供试小麦材料来源 品种数量 品种名称山东 138 赵山 15, 山农 19, 新麦 18, 山农 20, 山农 10-2, 山农 12, 山农优麦 3 号, 山农 0919, 泰农 19, 山农 55843, 山农 22, 山农 23, 泰山 1 号, 山农 11, 泰山 21, 泰农 18, 泰农9236, 鲁麦 6, 鲁麦 23, 鲁原 502, 济宁 3 号, 济宁 16, 济宁 6058, 济麦 21, 济麦 22, 烟农 21, 烟农 19,山农 17, 烟 99102, 潍阴 84137, 潍 60182, 淄麦 12, 齐丰 2 号, 汶农17, 博 8, 博农 6 号

13、, 良星 66, 菏麦 13, 菏 9946, 莱州 9361, 临 4, 临麦 2 号, 鑫麦296, 苑金 97-28, 轮早 3 号, 西植 8222, 跃进 5 号, 荷麦 0302, 菏麦 17, 山农 06-278, 鲁麦 14, 烟农 999, 良星 99, 鲁麦 9, 潍麦 8 号, 新山农 11, 宁麦资 22, 汶航 1 号, 山农 055849, 济麦 19, 莱农 8621, 鲁原 205, 济南 17, 宁麦资 28, 山农优麦 2 号高代品系 73 份河南24 鹤 0927, 豫麦 34, 豫农 949, 豫 70-36, 郑麦 7698,郑资 8780-2, 周麦

14、 16, 周麦 26, 周麦 18, 漯 88079, 联丰 85, 泛 7030, 洛 22, 矮抗 58, 花培 3 号, 豫麦 57, 豫农 416, 驻0263-541, 周麦 22, 漯 86036, 泛麦 5, 郑麦 0856, 周麦 24, 孟县 201河北 14 石 B07-4056, 衡观 35, 邯 05-093, 衡 5229, 衡 5364, 衡观 76, 冀辐 8512, 邢麦 11, 衡4371, 藁城 8901,石 4185, 石 08-534, 师栾 02, 邯 5092安徽 8 京核 91-P39, 皖 38, 皖麦 53, 阜 84111, 皖 50, 华成

15、 3366, 皖麦 52, 涡 85江苏 6 连麦 2 号, 连 0809, 连 0756, 徐州 24, 镇麦 18, 镇 8906北京 5 科农 199, 科农 2009, 中育 01089, 科农 3106, 中育 01095陕西 4 西农 157, 陕农 33, 西农 979, 小偃 22甘肃 2 矮丰 3 号, 碧玛 6 号宁夏 1 宁冬 11贵州 1 丰优 04墨西哥 1 Ci-5法国 1 Soissons1.2 DNA 提取和 90K SNP 芯片分型依照稍作修改的 Triticarte 方法从小麦幼叶中提取 DNA，并用 0.8%的琼脂糖电泳对提取 DNA 的浓度与质量进行检测

16、。委托加利弗尼亚大学生物技术检测中心，利用最新开发的 90K SNP 基因芯片对群体 DNA 进行分型，通过 GenomeStudio 软件读取分型结果并保存。同时，为确保获得的基因数据的质量，用 PLINK v1.0728对基因数据进行处理，去除检出率小于 0.8 和低频基因频率小于 0.05的标记，最终得到 24 355 个标记用于馒头色泽和质构关联分析。1.3 性状和标记关联分析运用 TASSEL 3.0 软件中的 MLM 模型分别对目标性状（色泽、质构）与标记之间进行关联分析。结果中关联标记的 P10%），分布于小麦 21 条染色体中的 13条（1A、1B、1D、2A、2B、3A、3B

17、、4A 、5B、6A 、6D、7A 和 7D），单个位点表型变异贡献率为 7.00-14.07%。位于 7A 染色体上的极显著位点 Kukri_c18677_823 表现出最大的表型变异贡献率，可解释 14.07%的表型变异，但只在 E4 环境中检测到（表 4）。表 4 四个环境中与馒头色泽相关性状极显著 (P10%），分布于小麦的 13 条染色体。检测到 23 个与馒头质构性状存在显著关联的多效性位点，分布于小麦的 15 条染色体。这些关联位点与多效性位点的获得，有助于从分子层面理解馒头感官性状间的差别，并可进一步结合分子育种技术改良馒头用小麦品种。参考文献1 Fan Y D，Li S H，

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19、 frozen dough and quality of steamed breadJ. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2016，32(20)：298-3053 张馨文，董海洲，刘传富，等. 马铃薯氧化淀粉对面团特性及馒头品质的影响J. 中国粮油学报，2014，29(10)：6-10ZHANG X W， DONG H Z，LIU C F，et al. Effects of Potato Oxidized Starch on Dough Characteristics and Quality of

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23、 the effects of buckwheat flour on paste rheological characteristic and steamed bread qualityJ.Cereals & Oils，2016，29(04)：52-55 8 王晓曦, 范玲, 马森, 等. 麦麸酚基木聚糖对发酵面团特性和馒头品质的影响J. 农业工程学报, 2015, 31(17): 302-307 WANG X X，FAN L，MA S，et al. Effects of phenolic xylans from wheat bran on fermented dough properties

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25、Technology，2015，31(06)： 264-271 10 冯世德，孙太凡. 玉米粉对小麦面团和馒头质构特性的影响J. 食品科学，2013，34(01)：101-104FENG S D，SUN T F. Effect of Corn Flour on Textural Properties of Wheat Dough and Chinese Steamed BreadJ. Food Science，2013，34(01)：101-10411 COLASUONNO P，GASALETA A，GIANCASPRO A，et al. Development of a high-densi

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35、ker Technologies for Gene Mapping of Gramineous CropsJ. Cinese Agricultural Science Bulletin，2010，26(9)：42-4827 郝春明. 全麦粉的制备及其品质特性研究D. 河南工业大学, 2012HAO C M. Study on the preparation and quality characteristics of whole wheat flourD.Henan polytechnic university，201228 PURCELLS，NEAKE B，TODD-BROWN K，et a

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