The Crop Journal | 青岛农大鉴定小麦株高QTL簇及其候选基因

以下文章来源于The Crop Journal ，作者编辑部

茎秆作为地上的支撑器官，既具有“库”的功能，又具有部分“源”的功能。小麦株高过高会引起倒伏，直接导致产量下降，但株高过矮则冠层叶片拥挤，影响光合速率，导致生物量过低而无法提供足够的净光合产物“来源”。理想株高应该是适度降低株高，提高植株抗倒伏能力的同时能提高或不影响收获指数。因此，优异矮秆基因的定位与克隆一直是研究热点。目前，已命名的小麦矮秆基因有26个(Rht1~Rht26)。其中6个是第4组染色体上Rht1的同源基因，包括Rht-B1b (Rht1)、Rht-D1b (Rht2)、Rht-B1c (Rht3)、Rht-D1c (Rht10)、Rht-B1e (Rht11)和Rht-B1p (Rht17)。Rht4、5、7、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20和23矮秆基因是诱变而来，而另外11个Rht基因是从育种材料中检测到。此外，Rht9、14、15、16、18、19和22来自四倍体小麦，其余来自六倍体小麦。除此26个已命名的矮秆基因之外，还有很多控制株高的优异QTL被报道，但未被深入研究和系统命名。

近日，青岛农业大学农学院联合中国农业科学院作物科学研究所（国家小麦改良中心）于The Crop Journal在线发表了题为“In silico curation of QTL-rich clusters and candidate gene identification for plant height of bread wheat”的研究论文，作者为了鉴定小麦株高的QTL簇（QTL-rich cluster, QRC），对151篇（2003–2022年）小麦QTL连锁分析、全基因组关联分析(GWAS)和已克隆株高基因的文章进行了全面分析和总结，并鉴定到多个候选基因。

研究从90篇文献中发现332个QTL位点，主要集中在小麦2D、3A、 4B、4D、5A和6A染色体上（图1）。从22个GWAS研究中总结了270个株高相关的位点，主要集中在4B、 4D、5A和5B染色体上（图1）。此外，对已克隆或归类的83个株高相关基因分析发现， Rht-1是首个被克隆出来的矮秆基因，Rht1的功能获得突变会产生一个没有DELLA结构域的截断蛋白，从而导致半矮化表型。而Rht8和Rht24，则通过影响赤霉素生物合成来降低株高。Rht25则编码一个PLATZ转录因子，该转录因子与DELLA相互作用影响株高。此外，还有许多与株高有关的基因如TB1、TaNAC100、TaSEP3-D1、TaDEP1、TaARF12等，对小麦的生长发育具有多效性或副作用，因此很少在育种中使用。

在将这些位点和基因mapping到IWGSC RefSeq v2.1基因组上后，共鉴定到65个QTL簇(QRC)，其中50个QRC是被QTL定位与GWAS关联分析共同检测到。针对这些QRC共鉴定到38个候选基因，包括4个赤霉素代谢相关基因：3个GA2ox基因TraesCS4B03G0723300、TraesCS5A03G1269600、TraesCS6A03G0611100和水稻sd1同源基因TraesCS3A03G0950800 (TaSD1-3A)。其中TaSD1-3A位于QRC-3A-IV中，在677个面包小麦重测序数据中仅有2种单倍型，且分布极其不均，基因功能有待进一步研究（图2）。综上，根据已克隆的矮秆基因，研究者绘制了赤霉素(GA)途径影响小麦株高的简化模型（图3）。

图1 小麦株高遗传位点在基因组上的分布

图2 TaSD1-3A基因变异、分布及表达谱

图3 赤霉素(GA)途径影响小麦株高的简化模型

作者和基金项目

青岛农业大学农学院徐登安博士和硕士研究生贾晨飞为该文共同第一作者，马武军教授为通信作者。中国农业科学院作物科学研究所（国家小麦改良中心）曹双河研究员、夏先春研究员和何中虎研究员在文章写作和修改中提出了宝贵建议。该研究得到国家自然科学基金青年科学基金项目(32101733)、山东省自然科学基金(ZR202103020229)、青岛农业大学高层次人才科研启动基金(663/1122023)和国家自然科学基金区域创新与发展项目(U22A20457)的资助。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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