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成都生物所在大麥株型遺傳基礎解析方面取得進展
发表日期: 2021-05-07 作者: 文章來源:
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  莖杆是水稻、小麥、大麥等糧食作物的重要器官,由多個莖節以及相連的節間組成。各節間的伸長決定作物的株高,進而影響作物倒伏、穗伸出等重要性狀。20世紀60年代水稻、小麥綠色革命成功的關鍵就是在育種中引入半矮杆基因,降低株高,顯著改善作物的倒伏情況。最上節間(uppermost internodeUI),即穗下節,不僅對株高有很大貢獻,同時還承擔著支撐花序,決定穗從葉鞘中的伸出(即抽穗)程度、光合同化物向穗部的運輸等重要功能,對作物的産量具有重要影響。因此,解析調控作物最上節間伸長的遺傳及分子基礎,對合理調節株高、優化冠層結構,實現作物理想株型具有理論及實踐意義。但目前,對大麥、小麥等麥類作物中控制最上節間伸長的基因位點和分子機制知之甚少。 

  成都生物研究所作物分子育種項目組龍海研究團隊在大麥資源圃中鑒定到一份最上節間顯著縮短的自然突變體CDB0012,並將其命名爲SS1 (Sheathed Spike 1)。通過細胞切片觀察發現,SS1最上節間細胞長度顯著小于穗伸出正常的青稞品種喜馬拉雅19XL19)。外施赤黴素能顯著促進SS1UI伸長,而生長素和細胞分裂素無法産生類似作用,推測SS1節間伸長受抑制可能與內源活性赤黴素不足有關。對赤黴素合成途徑中的關鍵基因GA20oxGA3ox以及GA2ox的表達分析結果也支持這種推測。 

  遺傳分析顯示,SS1主要受一個具有質量效應的主效基因控制,將其命名爲HvSS1通過BSA-seq、分子標記等技術將HvSS1定位在6H染色體173Mb-396Mb之间一段重组冷区内,难以使用图位克隆法进一步缩小定位区间。通過将SS1重測序數據與其他已公布的大麥重測序數據進行比較,結合大麥不同組織器官的轉錄組數據對候選區間內的基因進行篩選,最終找到5個可能的候選基因,這些基因非赤黴素合成相關基因,與水稻中已報道的UI伸長調控基因也沒有同源性,可能是一個全新的UI伸長調控基因。本研究爲進一步找到控制SS1的關鍵基因,解析調控大麥UI伸長的分子機制奠定基礎,也將爲小麥中的相關研究提供參考。 

  研究結果以“Identification and candidate gene mining of HvSS1, a novel qualitative locus on chromosome 6H, regulating the uppermost internode elongation in barley (Hordeum vulgare L.)”爲題,在農林科學top期刊Theoretical and Applied GeneticsDOI: 10.1007/s00122-021-03837-8)上在线发表。中國科學院成都生物研究所硕士研究生蒲茜为第一作者,已毕业的硕士研究生汤燕燕为共同第一作者,龙海副研究員为通讯作者。该研究得到四川省农作物分子育种平台项目(2016NZ0103)、中國科學院科技服务网路计划(STS計劃)(KFJ-STS-QYZD-2021-22-001)、西藏自治區重大科技專項(XZ2021NA01)、四川省麥類作物創新團隊等項目資助。 

  原文鏈接

  圖一 SS1的表型鑒定 

  圖二 SS1對外源激素的響應 

  圖三 UI組織中赤黴素合成的關鍵因子表達水平 

  圖四 3F2群體中的穗伸出頻率分布 

  圖五 HvSS1的定位 

  圖六 候選基因的表達模式 


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