JXB | 中国农业科学院作物科学研究所景蕊莲/毛新国合作开发小麦高产育种新标记

小麦是世界主要粮食作物之一，目前小麦仍具有较高的增产潜力。穗部性状是直接决定产量的重要性状，但千粒重与粒数之间往往存在拮抗关系，如何平衡他们之间的关系以达到最佳产量要素配置仍困扰着育种家们。随着小麦全基因组测序的完成与基因编辑体系的完善，小麦遗传与育种研究将迎来高速发展的时代。

近日，中国农业科学院作物科学研究所景蕊莲/毛新国研究团队在Journal of Experimental Botany 在线发表了题为“TaGSNE, a WRKY transcription factor overcomes the tradeoff between grain size and grain number and associates with root development in common wheat ”的研究论文，该研究发现WRKY转录因子TaGSNE存在两种单倍型，其中TaGSNE-Hap-2具有更高的增产潜力，能够平衡千粒重与籽粒大小和粒数之间的关系，该研究也根据优异单倍型开发了可用于辅助选择育种的新标记。

为了找到调控产量的关键因子，作者通过关联分析，生信分析与表达谱分析找到了在叶、根和穗中高表达且受环境刺激诱导的WRKY转录因子，因其具有较大的籽粒与较多的穗粒数，将其命名为TaGSNE（Grain Size and Number Enhancer），其具有典型的WRKY motif且在单子叶植物中有较高同源性，在双子叶植物中同源性较低，TaGSNE启动子上具有多个激素反应元件，干旱和防御反应元件。随后，作者利用qPCR验证了TaGSNE的表达模式，发现其在小麦中遍在表达，以开花期土壤深层的幼根中表达最高。TaGSNE也受到ABA、干旱和高盐胁迫的诱导表达。随后，作者利用小麦原生质体与烟草系统证实了TaGSNE定位在细胞核中。

为了挖掘TaGSNE的应用潜力，作者鉴定了TaGSNE在小麦材料中的多态性，并重点研究其中两个单倍型：TaGSNE-Hap-1和TaGSNE-Hap-2，开发了两个特异性KASP标记。

在小麦种质资源鉴定中发现，TaGSNE-Hap-1占84.8%，而TaGSNE-Hap-2仅占15.2%，且TaGSNE-Hap-2在多个环境下的每穗小穗数，千粒重等产量性状都显著高于TaGSNE-Hap-1，TaGSNE-Hap-2可以认为是产量性状的优异单倍型，且在不同环境中表现稳定，具有很大的育种潜力。此外，作者发现TaGSNE-Hap-2单倍型的根深较深，在灌浆中期，TaGSNE-Hap-1的平均根深较TaGSNE-Hap-1深36%，且转录水平也是TaGSNE-Hap-1的3.5倍。

为了进一步确定TaGSNE-Hap-2可以改善小麦籽粒与根部性状，作者利用回交导入系将晋麦63（TaGSNE-Hap-2）导入鲁麦14（TaGSNE-Hap-1）中，发现导入系的籽粒性状显著改善，根深也显著加深，表明TaGSNE-Hap-2确实是可以利用的优异单倍型。受限于小麦基因编辑技术，单碱基定向编辑还有一定的困难，作者将TaGSNE导入水稻中，发现转基因水稻根数量明显增加，且每穗粒数，分蘖，穗分枝，籽粒大小等产量相关性状均显著高于对照，其他农艺性状没有显著差异。

为了确定优异单倍型是否已经在小麦育种中得到筛选，作者分析了世界范围内的小麦种质资源，发现TaGSNE-Hap-1在欧洲仍是主要的单倍型，几乎没有TaGSNE-Hap-2单倍型，而在亚洲TaGSNE-Hap-2正在稳定的大幅增加，表明TaGSNE-Hap-2正在被筛选利用。

ACKNOWLEDGEMENTS 

本研究得到了国家重点研发计划，国家自然科学基因，科技部青年科学家人才计划的资助

文章链接：

https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/erac327/6652324

本文转载自AraShare

转自：植物生物技术Pbj

如有侵权，请联系本站删除！