小麥粒重相關(guān)基因TaTGW6、TaTGW-7A克隆及其功能標(biāo)記開發(fā).pdf

1、小麥?zhǔn)俏覈笞魑镏?，與我國糧食安全息息相關(guān)。小麥粒重是由籽粒大小、灌漿充實(shí)度等因素構(gòu)成，是小麥產(chǎn)量構(gòu)成的三要素之一。不斷提高粒重是現(xiàn)代小麥育種的主要目標(biāo)之一。通過分子生物學(xué)手段，發(fā)掘和鑒定小麥粒重相關(guān)基因及開發(fā)功能標(biāo)記對(duì)粒重遺傳機(jī)制研究、小麥多基因聚合育種都具有較高的應(yīng)用價(jià)值和指導(dǎo)意義。然而，小麥?zhǔn)钱愒戳扼w物種，染色體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，DNA重復(fù)序列高，從而限制了小麥功能基因的發(fā)掘。因此，比較基因組學(xué)、高通量測(cè)序及分析技術(shù)是一種發(fā)掘小麥功

2、能基因的簡(jiǎn)單而有效的途徑。
　　本文以調(diào)控水稻千粒重的 TGW6為候選基因，在小麥中克隆了其同源基因TaTGW6。同時(shí)，應(yīng)用SLAF-Seq和集群分離分組分析法（BSA）克隆了小麥TaTGW-7A基因。分析其等位變異與千粒重的關(guān)系，開發(fā)功能標(biāo)記并在重組自交系群體（RIL，京411×紅芒春21）和自然群體中進(jìn)行分析和驗(yàn)證。研究了TaTGW6和TaTGW-7A基因在籽粒灌漿期表達(dá)特點(diǎn)及其與IAA、粒重的關(guān)系。本文主要結(jié)果如下：

3、　　1、TaTGW6位于小麥染色體4AL上，與Xbarc1047緊密連鎖。TaTGW6只含有一個(gè)外顯子，編碼吲哚-3-乙酸葡萄糖水解酶。TaTGW6與水稻TGW6在DNA和氨基酸水平的相似度均大于70％。在小麥中含有豐富的TGW6同源基因，主要分布在第2、3、4、7同源群上。
　　2、通過分析大、小粒品種TaTGW6基因序列，檢測(cè)出3種等位類型，即TaTGW6-a、TaTGW6-b和TaTGW6-c。和TaTGW6-a相比，TaT

4、GW6-b和TaTGW6-c等位基因?qū)?yīng)于較高的粒重。與TaTGW6-a序列比較，TaTGW6-b編碼區(qū)含有一個(gè)6 bp插入突變，導(dǎo)致兩個(gè)氨基酸的插入，但未發(fā)生移碼突變。而TaTGW6-c為缺失突變類型。
　　3、在RIL群體、自然群體及核心種質(zhì)中驗(yàn)證TaTGW6對(duì)小麥千粒重的作用。結(jié)果表明，TaTGW6與千粒重密切關(guān)聯(lián)。TaTGW6-b和TaTGW6-c均與千粒重呈極顯著正相關(guān)，而TaTGW6-a則負(fù)調(diào)控粒重。在RIL群體的4個(gè)

5、環(huán)境下，TaTGW6可解釋千粒重15.8–21.0%的表型變異。關(guān)聯(lián)分析表明，TaTGW6在自然群體和核心種質(zhì)的3個(gè)環(huán)境條件下，可解釋7.7–12.4%的千粒重表型變異。TaTGW6-b和TaTGW6-c在自然群體和核心種質(zhì)中分布較低，是優(yōu)異的等位類型，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
　　4、分析了小麥TaTGW6-a和TaTGW6-b兩種等位基因在花后10d、20d、30d以及收獲后籽粒中表達(dá)水平差異，結(jié)果顯示，TaTGW6-a在花后20

6、d、30d和收獲后籽粒中表達(dá)水平顯著高于TaTGW6-b。含有TaTGW6-a等位基因的品種在花后20d和30d，其籽粒生長(zhǎng)素IAA含量顯著高于攜帶TaTGW6-b等位基因的品種。
　　5、利用高通量測(cè)序技術(shù)結(jié)合BSA法對(duì)兩個(gè)親本和兩個(gè)粒重極端值混合池進(jìn)行簡(jiǎn)化基因組測(cè)序，通過關(guān)聯(lián)分析和基因富集分析，共得到25個(gè)與小麥粒重緊密連鎖的SLAF標(biāo)簽。對(duì)SLAF標(biāo)簽附近50Kb的區(qū)域進(jìn)行基因富集分析，得到169個(gè)與千粒重相關(guān)候選基因。并對(duì)

7、其中的主要基因進(jìn)行克隆和功能驗(yàn)證，將其中作用最大的基因Traes_7AS_378A12AA9.1命名為 TaTGW-7A。該基因具有 TIM-br_sig_trns和UPF0261功能域，與吲哚-3-甘油磷酸合成酶（IGPS）相關(guān)。
　　6、序列分析表明，TaTGW-7A由9個(gè)外顯子和8個(gè)內(nèi)含子組成。在粒重差異顯著的品種間，該基因檢測(cè)到4個(gè)SNP變異，但只有第1個(gè)外顯子上的SNP（T-C）與千粒重關(guān)聯(lián)，該變異導(dǎo)致丙氨酸突變?yōu)槔i氨酸

8、。根據(jù)該SNP開發(fā)了CAPS標(biāo)記TGW7，并鑒定出2種等位基因（TaTGW-7Aa和TaTGW-7Ab）與粒重相關(guān)。同時(shí)在TaTGW-7A下游3Kb處開發(fā)一對(duì)共顯性標(biāo)記TG9，與TGW7共分離。通過掃描重組自交系、自然群體、核心種質(zhì)等群體，證實(shí) TG9也是一個(gè)穩(wěn)定可靠的共顯性標(biāo)記，可與 TGW7共同用于輔助育種。
　　7、對(duì)候選基因 TaTGW-7A進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析和連鎖分析，結(jié)果表明，TaTGW-7A與千粒重極顯著相關(guān)，同時(shí)影響粒長(zhǎng)

9、和粒寬。與TaTGW-7Ab相比，TaTGW-7Aa為優(yōu)異等位基因，可顯著提高粒重。在RIL群體5個(gè)環(huán)境條件下，TaTGW-7A可解釋21.7-27.1%的粒重表型變異。在自然群體和核心種質(zhì)4個(gè)環(huán)境條件下， TaTGW-7A可解釋7.3-12.3%的表型變異。
　　8、對(duì)501份育成品種和微核心種質(zhì)進(jìn)行TaTGW-7A基因分布檢測(cè)，結(jié)果顯示，在現(xiàn)代品種中， TaTGW-7Aa廣泛存在于國內(nèi)各大麥區(qū)；然而，在核心種質(zhì)中， TaTGW

10、-7Aa在北部冬麥區(qū)和西南冬麥區(qū)分布頻率相對(duì)較低。說明 TaTGW-7A在育種過程中經(jīng)過了長(zhǎng)期的正向選擇。
　　9、研究了小麥TaTGW-7A花后10d、20d、30d籽粒和收獲后籽粒中表達(dá)水平的差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，TaTGW-7Aa在花后20d和30d表達(dá)水平較TaTGW-7Ab高，較高的表達(dá)水平有利于粒重的提高。對(duì)花后20d和30d籽粒中生長(zhǎng)素IAA的含量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)攜帶TaTGW-7Aa等位基因的品種其IAA含量顯著低于攜帶T

11、aTGW-7Ab的品種。說明在灌漿中后期高水平的生長(zhǎng)素含量不利于粒重的提高。
　　10、利用高通量測(cè)序技術(shù)結(jié)合BSA法在2A和2D染色體上克隆兩個(gè)與千粒重相關(guān)的基因TaTGW-2A和TaTGW-2D，與千粒重存在極顯著相關(guān)。
　　11、本實(shí)驗(yàn)對(duì)6個(gè)已報(bào)導(dǎo)的粒重相關(guān)基因，除TaCWI-4A與千粒重顯著相關(guān)外，其余5個(gè)基因與千粒重均達(dá)到了極顯著相關(guān)。6個(gè)千粒重基因?qū)ηЯＶ赜绊戫樞驗(yàn)椋篢aGS5-3A>TGW7>TaGS1a>Ta