一种基于多位点基因的冬小麦开花期模拟模型的构建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多位点基因的冬小麦开花期模拟模型的构建方法，确定冬小麦的研究区域，并收集该区域内冬小麦种植的不同品种类别、及相对应的基因型，以及地理参数和气象参数；通过将春化作用(Vernalization，Vrn)和光周期(Photoperiod，Ppd)基因的等位基因Vrn

【技术实现步骤摘要】
一种基于多位点基因的冬小麦开花期模拟模型的构建方法


[0001]本专利技术涉及定量推断冬小麦开花期稳定性
，尤其涉及一种基于多位点基因的冬小麦开花期模拟模型的构建方法。

技术介绍

[0002]开花期是冬小麦物候发育期中的关键时期，是从营养生长转向生殖生长的重要转折点，对小麦产量有重要的影响。调控冬小麦开花期，对保证冬小麦最大限度地利用当地气候资源，获得最高的冬小麦产量具有重要意义。
[0003]冬小麦开花期主要受Vrn、Ppd和Eps三组基因的响应控制，其中Vrn、Ppd是环境依赖性基因，冬小麦在不同农业气候条件下的适应性主要由这两组基因及其与气候条件的相互作用决定。因此，分析定量预测多位点基因型(MLGs)中的Vrns和Ppds的不同等位组合的效应，对揭示小麦开花期对季节性变化的响应机制，培育具有更高表型恢复力的小麦品种具有重要意义。
[0004]而目前预测作物的生长和发育以作物模型为主，其综合考虑了环境、作物管理和品种的影响。自20世纪90年代以来，这种模型已被证实其在作物育种方面具有重要的作用。此外，在温度和光周期驱动的假设下，传统作物模型也可实现小麦开花期对温度(以及发育速率、Vrn要求)、Ppd(日长)及其相互作用的响应。传统的基于过程的作物模型缺乏模型参数和遗传信息之间的联系，使其无法根据环境的互作效应，推断小麦物候发育对基因型的响应。

技术实现思路

[0005]针对上述存在的问题，本专利技术旨在提供一种基于多位点基因的冬小麦开花期模拟模型的构建方法，通过将春化作用Vrn和光周期Ppd基因的等位基因Vrn
‑
A1、Vrn
‑
B1、Vrn
‑
D1和Ppd
‑
D1与作物模型APSIM的生育期模型参数关联，构建基于多位点基因的开花期模拟模型。与现有的基于基因的模型相比，本专利技术在预测小麦开花日期方面的性能有了显着改进，且对冬小麦适应性品种筛选具有加速作用。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种基于多位点基因的冬小麦开花期模拟模型的构建方法，其特征包括：
[0007]S1、确定冬小麦的研究区域，并收集该区域内冬小麦种植的不同品种类别、及相对应的基因型，以及地理参数和气象参数；
[0008]S2、通过将春化作用Vrn和光周期Ppd基因的等位基因Vrn
‑
A1、Vrn
‑
B1、Vrn
‑
D1和Ppd
‑
D1与改进的作物模型APSIM
‑
Wheat
‑
M的生育期模型参数关联，构建基于多位点基因的开花期模拟模型。
[0009]进一步的，将所述多位点基因的冬小麦开花期模拟模型中的播种和成熟之间的物候发育分为九个阶段，分别为：萌发、出苗、苗期结束、顶端小穗分化、开花、开始灌浆、结束灌浆、生理成熟、收获时期，每个阶段的开始时间，由累积积温决定，修正的TT的公式(1)如
下：
[0010]TT＝∑(ΔTT
×
Fv
×
Fp)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0011]其中，ΔTT利用三基点温度和日平均气温Tmean计算获得，三基点温度包括基本温度、最佳温度和最大温度；
[0012]所述改进的作物模型APSIM
‑
Wheat
‑
M中的日春化指数Vrn由日平均穹顶温度T
c
、日最高气温T
max
和最低气温T
min
决定，穹顶温度为经雪深调整的日平均温度；
[0013]当T
max
<30℃，T
min
<15℃时，日春化指数Vrn基因函数的计算公式(2)如下：
[0014][0015]当T
max
≥30℃，T
min
≥15℃时，日春化指数Vrn计算如式(3)：
[0016]ΔV＝0
ꢀꢀ
(3)
[0017]若日最高温度T
max
高于30℃，且总春化指数Vrn的参数V小于10，则将发生脱春化
△
V
d
，计算如式(4)：
[0018][0019]从发芽到始花期总春化指数V为日春化指数
△
V减去脱春化指数
△
V
d
，总春化指数Vrn计算公式如式(5)：
[0020][0021]其中式(1)中Fv为Vrn因子，从冬小麦出苗至开花需每日计算并更新，Fv的计算公式如式(6)：
[0022]Fv＝1
‑
(0.0054545
×
Rv+0.0003)
×
(50
‑
V)
ꢀꢀꢀ
(6)
[0023]其中，Rv是Vrn敏感因子，先前描述了总Vrn的计算；Fp为Ppd因子，从冬小麦出苗至开花需每日计算并更新，式(1)中Fp的计算公式如式(7)：
[0024]Fp＝1
‑
0.002
×
Rp
×
(20
‑
Lp)2ꢀꢀꢀ
(7)
[0025]其中，Lp为日长，并考虑晨昏蒙影，Rp是Ppd敏感因子。
[0026]优选的，式(1)中，基本温度为0℃、最佳温度为26℃、最大温度为34℃。
[0027]优选的，式(1)中：
[0028]当Tmean<26℃时，ΔTT＝Tmean；
[0029]当26℃<Tmean<34℃时，ΔTT＝(34
‑
Tmean)
×
26/8；
[0030]当Tmean>34℃或Tmean<0℃时，ΔTT＝0。
[0031]进一步的，模拟所述Vrn或Ppd等位基因的加权数与目标过程敏感性之间关系利用线性函数的方法来确定，如式(8)
‑
(9)：
[0032]Rv+＝kvNv+bv
ꢀꢀꢀ
(8)
[0033]Rp+＝kpNp+bp
ꢀꢀꢀ
(9)
[0034]其中，kv和kp分别是Vrn和Ppd斜率，bv和bp为截距，Nv和Np分别为Vrn和Ppd基因的总加权数；
[0035]对式(8)
‑
(9)进行加权和求和，每个Vrn和Ppd基因的基因型值以0或1来计算，如式(10)
‑
(11)：
[0036]Nv＝hvd
×
Vrn
‑
D1
ꢀꢀꢀ
(10)
[0037]Np＝(Ppd
‑
A1+Ppd
‑
D1)
×
hpd
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多位点基因的冬小麦开花期模拟模型的构建方法，其特征包括：S1、确定冬小麦的研究区域，并收集该区域内冬小麦种植的不同品种类别、及相对应的基因型，以及地理参数和气象参数；S2、通过将春化作用Vrn和光周期Ppd基因的等位基因Vrn
‑
A1、Vrn
‑
B1、Vrn
‑
D1和Ppd
‑
D1与改进的作物模型APSIM
‑
Wheat
‑
M的生育期模型参数关联，构建基于多位点基因的开花期模拟模型。2.根据权利要求1所述的一种基于多位点基因的冬小麦开花期模拟模型的构建方法，其特征在于：将所述多位点基因冬小麦开花期模拟模型中的播种和成熟之间的物候发育分为九个阶段，分别为：萌发、出苗、苗期结束、顶端小穗分化、开花、开始灌浆、结束灌浆、生理成熟、收获时期，每个阶段的开始时间，由累积积温决定，修正的TT公式(1)如下：TT＝∑(ΔTT
×
Fv
×
Fp)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，ΔTT利用三基点温度和日平均气温Tmean计算获得，三基点温度包括基本温度、最佳温度和最大温度；所述改进的作物模型APSIM
‑
Wheat
‑
M中的日春化指数Vrn由日平均穹顶温度T
c
、日最高气温T
max
和最低气温T
min
决定，穹顶温度为经雪深调整的日平均温度；当T
max
<30℃，T
min
<15℃时，日春化指数Vrn基因函数的计算公式(2)如下：当T
max
≥30℃，T
min
≥15℃时，日春化指数Vrn计算如式(3)：ΔV＝0
ꢀꢀꢀꢀ
(3)若日最高温度T
max
高于30℃，且总春化指数Vrn的参数V小于10，则将发生脱春化
△
V
d
，计算公式如式(4)：从发芽到始花期总春化指数V为日春化指数
△
V减去脱春化指数
△
V
d
，总春化指数Vrn计算公式如式(5)：其中式(1)中Fv为Vrn因子，从冬小麦出苗至开花需每日计算并更新，Fv的计算公式如式(6)：Fv＝1
‑
(0.0054545

【专利技术属性】
技术研发人员：贺勇，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，
类型：发明
国别省市：