「兩系」雜交小麥育性恢復基因的發掘與研究取得新進展

2021-01-08 生物谷

 

 

西北農林科技大學農學院宋喜悅教授團隊在《Theoretical and applied Genetics》在線發表了題為「Identification and Validation of Genetic Locus Rfk1 for Wheat Fertility Restoration in the Presence of Aegilops kotschyiCytoplasm」的研究文章。該研究結果將有助於深入探索K型細胞質溫敏雄性不育小麥育性恢復的分子機制，並為植物CMS育性恢復基因的功能做出重要補充。西北農林科技大學在讀碩士研究生陳彥儒和已畢業碩士研究生賈雨林為論文共同第一作者，西北農林科技大學宋喜悅教授、張玲麗副教授為共同通訊作者。

小麥是重要的糧食作物。隨著世界人口的不斷增長和耕地面積的日益縮減，提高小麥產量對全球糧食需求安全具有重要意義。利用雜種優勢是提高小麥產量的最有效途徑之一，而小麥細胞質雄性不育（cytoplasmic male sterility， CMS）是利用該途徑的重要手段。在眾多CMS 類型中，粘果山羊草（Aegilops kotschyi）細胞質背景下的小麥溫敏雄性不育（TCMS-K）類型因具有育性轉換明顯、轉換臨界溫度高、不育性徹底、恢復源廣等突出優點，使其在小麥雜種優勢利用中具有重要的研究價值與應用前景。

該研究以小麥TCMS-K系KTP116A，其同型保持系TP116B，以及攜帶一對顯性恢復基因（Rfk1Rfk1）的恢復系LK783為材料，構建BC1F1回交定位群體。通過集團分離分析法（BSA， Bulked Segregant Analysis），並結合轉錄組測序（RNA-seq）和KASP（Kompetitive allele-specific polymerase chain reaction）基因分型技術等，對小麥TCMS-K育性恢復遺傳位點Rfk1進行了精細定位。根據簡單重複序列（SSR）和單核苷酸多態性（SNP）基因分型的結果，最終將該恢復位點定位在小麥1B染色體短臂上，位於標記Xnwafu_6和Xnwafu_1B32約26.0 Mb的物理候選區間內。通過對候選區間內花葯差異表達基因的篩選與鑑定，揭示TraesCS1B02G197400LC為Rfk1最可能的候選基因。該基因編碼的蛋白質包含一個保守的PMEI_like結構域，屬於果膠酯酶超級家族基因，其可能參與了果膠的代謝途徑，進而影響TCMS-K小麥的雄性育性，該發現對於植物CMS育性恢復基因的功能注釋給予了重要補充；同時根據其基因結構特徵，開發了相應的標記Xnwafu_4，該標記可用於育性恢復基因的標記輔助選擇。

KTP116A為該研究團隊創製的TCMS-K小麥，在陝西楊凌、河北石家莊、貴州貴陽及雲南元謀等地區正季播種（秋播或冬播），表現完全雄性不育，可用於雜交小麥制種。而在這些地區反季節播種（春播或夏播），表現雄性可育，可自交繁種。該材料一系兩用的特性，使其在雜交小麥育種中具有極大的應用潛力。發掘TCMS-K小麥育性恢復的遺傳位點及開發相應的分子標記用於標記輔助選擇，對於促進小麥雜種優勢利用研究和商業化育種具有重要意義。(生物谷Bioon.com）

 

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