中国农业大学小麦研究中心揭示B1基因拷贝数与小麦芒长紧密连锁

 芒是小麦的重要农艺性状之一。小麦芒不仅可以进行光合作用，而且对防鸟、抗虫及抗逆均有重要作用。影响小麦芒长的基因主要包括B1、B2和Hd等。前人的研究已确定编码C2H2型锌指的TraesCS5A02G542800为芒长抑制基因B1，但其具体调控机制尚不明确。

近日，中国农业大学农学院小麦研究中心在The Crop Journal在线发表了题为“Copy number variation of B1 controls awn length in wheat”的研究论文。作者利用合成六倍体小麦7D12、育成品种石优20（SY20）以及基于二者创建的F2群体和F2:3家系等研究材料，发现无芒亲本SY20携带5个B1基因拷贝，而在有芒亲本7D12中该基因为单拷贝。基于不同B1基因拷贝之间的启动子区核苷酸序列差异开发了分子标记，检测发现在931份国内外小麦种质资源中B1基因拷贝数与芒长紧密连锁。

首先，研究者利用有芒的7D12和SY20构建的F2和F2:3群体，通过BSR-seq和连锁分析将芒长抑制基因定位在5AL染色体的0.3 cM区间内，区间内5个高可信基因中包括已克隆的芒长抑制基因TraesCS5A02G542800（B1）（图1）。其次，通过将克隆的B1基因序列与已发布的六倍体小麦Attraktion（无芒）和中国春（B2和Hd基因控制无芒）基因组序列进行同源比较，发现Attraktion的5AL染色体上有5个B1基因位于相邻的5个重复片段序列（约为21 kb）上，而中国春只有1个B1基因（图2）。对无芒亲本SY20和有芒亲本7D12进行全基因组测序分析，发现B1基因所在片段在SY20的测序深度约为7D12的5倍（图2）。最后，TaqMan探针定量试验进一步证实B1基因在SY20等10份无芒材料中的拷贝数均为5个，在7D12等4份有芒材料中拷贝数均为1个（表1）。SY20中B1基因的表达量约为7D12的5倍。序列分析发现，SY20中5个B1拷贝在基因编码区上游1487、1477和911 bp处存在SNP差异。根据三个位置的核苷酸类型，可以将SY20中的5个拷贝分为GGC、GGT、TAT三种类型，而7D12中的单拷贝为GGC类型。双荧光素酶瞬时转化试验表明，SY20中的三种类型启动子（AWproS1: SY20-GGC、 AWproS2:SY20-GGT、AWproS3:SY20-TAT）以及7D12中的启动子（AWproD: 7D12-GGC）均有表达活性（图3）。研究结果揭示了B1基因拷贝数差异对小麦芒长有重要影响，为B1基因功能的进一步解析奠定了理论基础。

图1 7D12和SY20的表型及芒长抑制基因B1的定位

图2 不同小麦材料中B1基因序列所在基因组区域的重复单元与测序深度分析

图3 7D12和SY20不同类型启动子效率分析

表1 TaqMan检测B1基因的拷贝数

作者和基金项目

中国农业大学小麦研究中心博士研究生李金龙为该文第一作者，马骏副教授为通信作者。该研究得到国家重点研发计划项目（2018YFD0300501）资助。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！