【Genome Biol】植物所鉴定出控制小麦籽粒数目和大小的TaSPL17基因

小麦是世界三大粮食作物之一，穗部性状是决定小麦产量的关键因素。六倍体小麦穗子一般包含15-30个小穗，单个小穗最多可以产生8-12个小花/小花原基，单个小花包括内稃，外稃，籽粒，花药以及芒等组织。增加籽粒同化物的分配对提高小麦产量具有重要的影响。籽粒和其他穗部结构（穗糠）之间遗传关系是决定籽粒同化物分配的重要因素。然而，同化物在小麦籽粒和其他穗部结构（穗糠）之间分配的遗传分子机理还没有充分解析。因此鉴定同化物在小麦籽粒和穗糠之间分配的调控因子，解析相关分子机理对提高小麦产量具有重要意义。

2023年8月28日，中国科学院植物研究所郭自峰课题组、中国科学院遗传与发育生物学研究所鲁非课题组和中国农业科学院作物科学研究所马有志课题组、何中虎/郝元峰课题组合作在Genome Biology 在线发表题目为“A high-resolution genotype–phenotype map identifies the TaSPL17 controlling grain number and size in wheat”的研究论文。

该研究利用来自世界范围内的306份小麦品种基因组重测序获得的约4千万SNP，对穗长，穗重，籽粒重，千粒重，小穗数，芒重，糠重等12个测量性状和15个穗部同化物比率性状共27个穗部性状进行全基因组关联性分析，鉴定590个关联的基因组区段，且大部分关联区段为新发现区段，为研究穗部性状改良提供大量的目标位点。穗子同化物分配性状关联分析结果除了发现跟产量性状相同的更强的主效峰值外，还发现产量性状没有定位到的基因组关联区段，表明通过同化物产量性状的方法来鉴定出强关联信号的方法是可行的。对基因组关联区段内候选基因鉴定时发现，高密度SNP图谱可以鉴定到直接落在基因上或者距离候选基因很近的SNP，利用该图谱可以高效鉴定到穗部性状目标区段的候选基因。如该图谱检测到1325个SNP落在前人发表芒ALI-1基因所在的目标区域。此外研究人员发现同化物分配性状的GWAS结果鉴定到TaSPL17为调控相关性状的候选基因，突变体和过表达材料表明TaSPL17通过调控小穗和小花分生组织的发育来控制籽粒的大小和数量，进而提高单株籽粒产量。对TaSPL17的单倍型分析发现其具有明显的地理分布差异，其中Hap-A2主要在中国品种中，但是在中国的小麦育种过程中，能够提高籽粒数目的Hap-A2的单倍型占比呈下降趋势，现代小麦品种中利用率低，因此Hap-A2对小麦增产具有较大的潜力。利用京双16和百农64构建重组自交系和近等基因系导入TaSPL17优异位点，发现其优异位点能够增加小穗数，穗粒数和籽粒大小，从而提高产量。综上该研究一方面为小麦穗部性状的研究提供了高密度的遗传图谱，为穗部形态的遗传改良提供了宝贵的资源，同时也为小麦候选基因鉴定和克隆提供了快速的遗传解决方案，解析了TaSPL17的分子遗传机理。

27个穗部性状基因型-表型关联图谱

中国科学院植物研究所博士生刘洋洋，中国农业科学院作物科学研究所陈隽副研究员以及中国科学院遗传与发育生物学研究所尹长斌助理研究员为论文的共同第一作者，中国科学院植物研究所郭自峰研究员、中国科学院遗传与发育生物学研究所鲁非研究员和中国农业科学院作科所马有志研究员，郝元峰研究员为共同通讯作者。中国农科院作物科学研究所何中虎研究员、张学勇研究员和郝晨阳研究员，西北农林科技大学吴建辉教授参与并指导了该工作。中国科学院植物研究所种康院士、王台研究员、徐云远研究员，中国农业科学院作物科学研究所路则府研究员对该研究提出了宝贵建议。中国农业大学农学院李冬冬博士，姜淑琴博后在数据分析方面提供重要帮助。项目研究得到中国科学院战略性先导科技专项（XDA24010104-2、XDA24020201）、农业科技创新工程（CAAS-ZDRW202109）、国家重点研发计划（2020YFE0202300，2022YFF1002904）、国家自然科学基金（32225038、31921005 和 32270269）、海南崖州湾种子实验室（B21HJ0001 和 B21HJ0111）的资助

文章链接：

https://genomebiology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13059-023-03044-2

转自：“iPlants”微信公众号

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