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成都生物所在大麥側小穗發育調控機理方面取得進展
发表日期: 2021-06-22 作者: 王金慧 文章來源:
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 大麥花序是由三聯小穗構成。三聯小穗中側小穗結實與否産生了二棱和六棱大麥的分化。棱數直接影響籽粒産量,是大麥重要的馴化性狀。前人研究表明,大麥棱型主要受Vrs1six-rowed spike1)基因決定,已鑒定出7種主要的等位基因:二棱大麥中的Vrs1.b2Vrs1.b3Vrs1.b4和六棱大麥中的vrs1.a1vrs1a2vrs1.a3vrs1.a4。野生型Vrs1.b對側小穗發育具有抑制作用,而突變型vrs1.a多爲功能缺失型突變,喪失了對側小穗發育的抑制作用。有趣的是,六棱大麥中的vrs1.a4與二棱大麥中的Vrs1.b4擁有相同的編碼序列。攜帶vrs1.a4的大麥産生六棱性狀的決定因素仍不清楚。 

 成都生物研究所作物分子育種項目組龍海研究團隊在青藏高原地區的二棱和六棱大麥種質中分別鑒定到了Vrs1.b4vrs1.a4等位基因。遺傳分析表明這些大麥中棱數的變化受單基因控制。通過BSA-seq、分子標記等技術將該基因定位在2H染色體0.08-cM~554-kb)的目標區間內,其中Vrs1是最可能的候選基因。通過分析定位群體後代以及攜帶Vrs1.b4vrs1.a4的不同大麥品種(系)中Vrs1的表達豐度發現,vrs1.a4的表達顯著低于Vrs1.b4,與六棱表型共分離,證實Vrs1表達下調是導致攜帶vrs1.a4大麥六棱性狀産生的原因。對Vrs1及其調控區的DNA甲基化分析發現,Vrs1的表達下調與DNA甲基化無關。 

 通過Sanger測序分析,在Vrs1編碼區上遊約1 kb鑒定到一段之前未被報道的“TA”短串聯重複(Short tandem repeatsSTRs)區。與Vrs1.b4相比,vrs1.a4在該區域內存在單個“TA”的缺失。在人類和擬南芥中的研究表明,STRs可以調控基因的表達。vrs1.a4啓動子區“TA”的缺失是否是導致其表達量下調的原因及其潛在機制值得進一步研究。本研究從遺傳及分子水平證實了攜帶vrs1.a4大麥六棱性狀産生的原因,爲進一步深入解析大麥側小穗發育的分子調控機制奠定基礎。 

 以上研究結果以“Genetic and molecular characterization of determinant of six-rowed spike of barley carrying vrs1.a4”爲題,在農林科學top期刊Theoretical and Applied GeneticsDOI: 10.1007/s00122-021-03887-y)上在线发表。中國科學院成都生物研究所和四川农业大学联合培养博士生王金慧为論文第一作者,邓光兵副研究員和龙海副研究員为論文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金(31771790)、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)、四川省農作物分子育種平台項目(2016NZ0103)、四川省麥類作物創新團隊等項目資助。 

 原文鏈接

  圖一 二棱(Vrs1.b4)和六棱(vrs1.a4)大麥的穗部形態(左)以及攜帶vrs1.a4六棱大麥棱數控制基因的精細定位。 

  圖二 Vrs1在群體後代以及不同vrs1.b4\vrs1.a4品種(系)幼穗中的表達分析。 

  圖三 Vrs1.b4 vrs1.a4 調控序列中STR區序列比較。 

  圖四 Vrs1及上遊2 kb CpGDNA甲基化分析 


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