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中国科学院遗传发育所农业资源研究中心精细定位了小麦小穗数主效QTL QTss.cas-3D

  • 转自:植物生物技术Pbj公众号
  • 日期:2024-10-06
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        小麦是世界上最重要的粮食作物,提高小麦产量一直是小麦育种的主要目标。小麦产量构成要素包括穗粒数、千粒重和单位面积穗数,而小穗数通常与穗粒数呈显著正相关。因此,解析小麦小穗数形成的遗传基础、持续发掘小麦种质资源中调控小穗数的基因,对小麦穗粒数乃至产量的遗传改良具有重要意义。

         近日,中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心安调过研究员团队在The Crop Journal在线发表了题为“A rare natural variation in TaFT-D2 underlies QTss.cas-3D associated with increased total spikelet number per spike in wheat”的研究论文,该研究利用一个包含5215个单株的剩余杂合系衍生次级分离群体,对控制小麦小穗数的主效QTL进行了精细定位,并对候选基因TaFT-D2进行了初步分析。

        研究者前期以普冰3228(P3228)和藁8901(G8901)为亲本构建的重组自交系(PG-RIL)群体为材料,利用基于660K SNP芯片的高密度遗传连锁图谱,结合连续多年的小穗数表型数据,定位到一个控制小穗数的主效QTL QTss.cas-3D。本研究利用QTss.cas-3D初定位区间的两个侧翼标记,从PG-RIL F9家系中筛选到两个剩余杂合系R1和R3,结合R1和R3后代的表型数据,确定了QTss.cas-3D位于R3的杂合区间。进一步利用R3衍生的包含5215个单株的次级分离群体,将QTss.cas-3D精细定位在中国春参考基因组(v2.1) 105.03–111.38 Mb,共6.35 Mb的物理区间。
        QTss.cas-3D精细定位区间内共有27个高可置信度基因,但只有10个基因在P3228和G8901之间存在差异。其中,仅TraesCS3D03G0308000 (TaFT-D2)的变异位于外显子,该基因第四个外显子上存在一个InDel变异(-/TAC),导致P3228中TaFT-D2蛋白的磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PBP)结构域缺失一个酪氨酸。荧光定量PCR结果表明,TaFT-D2在单棱期和二棱期高表达,且在P3228和G8901之间存在明显差异。
        根据TaFT-D2的InDel变异(-/TAC)开发了KASP标记,并利用近等基因系(NIL)评价了QTss.cas-3D的遗传效应,发现在两个环境中,NILP3228的小穗数和穗粒数均显著高于NILG8901,但二者间的千粒重和分蘖数并无显著差异。利用KASP标记对由212个地方品种、523个现代品种、106个引种品种和356个高代品系组成的群体进行扫描,发现仅有3个高代品系携带优异等位型TaFT-D-P,表明这种稀有等位基因在我国的小麦育种工作中尚未得到广泛利用。

作者和基金项目

        中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心柳洪博士和在读博士研究生施志鹏为该文共同第一作者,中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心安调过研究员和中国农业科学研究院作物科学研究所/崖州湾国家实验室李立会研究员为共同通信作者,中国农业科学院作物科学研究所张锦鹏研究员也参与了相关工作。该研究得到国家自然科学基金项目(32101686)和河北省重点研发计划项目(22326306D)的资助。中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心安调过研究组主要从事小麦染色体工程材料的创制、抗病和重要农艺性状基因/QTL的发掘、精细定位与克隆及分子设计育种等方面的工作,近年来在Plant Biotechnology JournalTheoretical and Applied GeneticsThe Crop Journal等期刊发表多篇研究论文,具体进展见https://genetics.cas.cn/sourcedb/zw/zjrc/200907/t20090721_2130944.html