一作解讀|小麥粒重QTL定位取得進展

2021-01-09 中國小麥研究聯盟

小麥是世界35%以上人口的主糧，保證小麥產量穩步提高非常重要，高產也一直是小麥最重要的育種目標。粒重作為小麥產量三要素之一，其主效基因的精細定位是小麥高產分子育種的重要基礎。

本實驗室前期利用90K晶片，在豆麥/石4185構建的RIL群體中，鑑定到11個粒重QTL位點，其中QTKW.caas-4BS橫跨Rht-B1位點，在全部6個環境中均穩定存在，解釋12.1–45.6%的表型變異，但是與株高關係不大。為進一步解析QTKW.caas-4BS遺傳調控機制，通過基因組挖掘和Wheat660K晶片，利用RIL群體在該區間內加密了8個標記，將QTKW.caas-4BS定位至1.5 cM遺傳區間內。利用IWGSC RefSeq v1.0進行基因組挖掘時發現豆麥缺失約483 kb，包括三個注釋基因ZnF、EamA和Rht-B1（圖1）。豆麥Rht-B1缺失 (Rht-B1g) 後理論上為高稈表型，石4185含有等位基因Rht-B1b為半矮稈表型，但豆麥/石4185 RIL群體的遺傳分析顯示QTKW.caas-4BS並不影響株高，可見豆麥中該位點還包括其他矮稈基因。

從遺傳連鎖圖譜來看，有五個基因TraesCS4B02G042400–TraesCS4B02G042800在QTKW.caas-4BS較大的置信區間內，其中TraesCS4B02G042700 (TB-B1) 是玉米TB1同源基因。玉米TB1基因屬於TCP轉錄因子家族，表達量增加會降低植株株高和分櫱。通過qPCR實驗，發現TB-B1在豆麥分櫱節、莖和幼穗中的表達量遠高於石4185（圖2）。TB-B1表達量增加可解釋豆麥缺失Rht-B1後，粒重增加，株高降低的現象，因此QTKW.caas-4BS候選基因可能是Rht-B1b和TB-B1。目前，已構建次生作圖群體並篩選交換單株對該區段進一步精細定位，同時開展了Rht-B1b和TB-B1過表達和CRISPR工作。有趣的是，TB-B1基因2459 bp啟動子區和1065 bp編碼區在親本間無差異，表達差異可能由483 kb片段缺失或遠端調控序列導致，需要深入研究。

據作者描述，483 kb片段缺失後，導致附近的交換頻率降低，給利用交換單株進行精細定位帶來困難；同時審稿人建議用近等基因系做qPCR更有意義。

2019年9月14日Theoretical and Applied Genetics雜誌在線發表了這一研究成果，中國農科院作科所小麥品質育種課題組何中虎研究員和曹雙河副研究員為該論文的共同通訊作者，博士生徐登安為該論文第一作者。該項研究得到國家重點研發計劃和中國農業科學院科技創新項目資助。

圖1 小麥Chr4BS染色體部分區段基因共線性分析

圖2 候選基因表達量分析

參考文章

Li FJ, Wen WE, He ZH, Liu JD, Jin H, Cao SH, Geng HW, Yan J, Zhang PZ, Wan YX, Xia XC (2018) Genome-wide linkage mapping of yield-related traits in three Chinese bread wheat populations using high-density SNP markers. Theor Appl Genet 131:1903–1924

Xu DA, Wen WE, Fu LP, Li FJ, Li JH, Xie L, Xia XC, Ni ZF, He ZH* and Cao SH* (2019) Genetic dissection of a major QTL for kernel weight spanning the Rht-B1 locus in bread wheat. Theor Appl Genet (DOI: https://doi.org/10.1007/s00122-019-03418-w)

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