河南农业大学殷冬梅团队揭示花生荚果大小基因PSW1及其分子调控机制

花生是我国重要的油料与经济作物，是食用植物油和蛋白质的重要来源。目前受花生单产水平影响，现有花生供给能力远不能满足消费需求。花生产量相关性状遗传基础研究的匮乏，是制约高产育种的“瓶颈”。挖掘花生产量相关性状，尤其是荚果长、果重等与产量密切相关的功能基因，解析其遗传基础和分子调控机制，将是花生突破高产育种瓶颈的有效途径。

近日，河南农业大学殷冬梅团队在国际知名期刊 《Plant Biotechnology Journal》上发表了题为“PSW1, an LRR receptor kinase, regulates pod size in peanut”的研究论文。该研究通过正向遗传学手段成功定位并克隆了控制花生荚果大小的重要功能基因PSW1，并解析了其分子机制，该研究工作为花生荚果发育调节机制提供了重要的基因资源。

图1 亲本材料ND_S和ND_L的特征分析

该研究选用荚果大小差异极显著的材料ND_S（超小果）和ND_L（超大果），ND_L在种子和壳中的细胞面积均大于ND_S。有趣的是在花生根和果针的分生组织中ND_L比ND_S具有更强的干性特征（图1）。

图2 PSW1基因的精细定位及特征分析

利用ND_S 与 ND_L构建的F2群体进行BSA分析，将控制荚果大小的主效QTL定位在07号染色体约1.17 Mb的区间内，之后在区间内开发出15对多态性的分子标记，利用F6:7 和 F6:8群体进行精细定位，将区间缩小至20.4 kb的区间，其LOD为15.65，解释了40.22%的表型贡献率。经过序列分析和表达分析，最终编码一个LRR-RLK蛋白激酶的PSW1基因确定为候选基因（图2）。PSW1编码蛋白在保守的618位由丝氨酸突变为异亮氨酸（Ser/Ile），同时在启动子区域有12 bp (TAA)4的插入。定量分析表明PSW1HapII在各个组织中均比PSW1HapI有更高的表达量，免疫荧光实验也证明其在种子中表达（图2）。

图3 PSW1与BAK1相互作用影响下游基因AhPLT1的表达水平

序列分析表明PSW1是拟南芥AtRGI3的同源基因，Y2H、Pull-down和Co-IP等相关实验证实PSW1能够与BAK1互作，且PSW1HapII比PSW1HapI具有更强的互作强度。同时发现PSW1可以调节下游干性调节因子AhPLT1的表达且PSW1HapII较PSW1HapI具有更强的效应，进而增进了荚果的膨大（图3）。

图4 PSW1的功能验证及在育种上的应用

PSW1基因遗传转化分析表明，过表达株系的种子和果实均较野生型增大；在自然群体中PSW1HapII单倍型是稀有突变类型，仅占6%左右；根据该基因开发的分子标记可以早期辅助选择育种，提高育种效率（图4）。该研究工作为花生荚果发育调节机制提供了重要的基因资源，为培育高产花生新品种提供了理论基础。

河南农业大学农学院博士生赵昆昆、青年教师邱鼎副教授，湖南大学生物学院汪龙副教授为论文共同第一作者；河南农业大学殷冬梅教授和湖南大学于峰教授为共同通讯作者。该项工作得到了国家自然科学基金联合重点项目、河南省重点研发、河南省产业技术体系等项目资助。

殷冬梅教授领衔的河南农业大学花生功能基因组创新团队，依托于河南省花生基因组与分子育种工程技术研究中心，主要从事花生种质资源创制与分子育种，基因组与功能基因挖掘，产量品质性状形成机制与调控等方面的研究。围绕花生种业“卡脖子”等重要科学问题开展工作，已在Advanced Science、Genome Biology、Plant Biotechnology Journal、The Crop Journal等国际著名期刊上发表了120余篇学术性文章，取得多项原创性研究成果。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.14117

转自：“植物研究进展”微信公众号

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