分蘖數是小麥的一個重要農藝性狀,它决定著小麥的產量和株型。獨腳金內酯作為一類新型的植物激素,被證實可以抑制植物分枝。然而,關於小麥中獨腳金內酯基因的研究,尤其是信號轉導通路基因的研究卻鮮有報導。D14基因編碼一種α/β折疊水解酶超家族蛋白,作為獨腳金內酯受體,在激素訊號途徑中扮演著雙重角色,既可以識別、水解獨腳金內酯激素,也可以與其訊號通路另外兩個重要組分形成蛋白複合體,傳遞激素訊號。
本研究通過同源尅隆的方法獲得了小麥中TaD14的三個同源基因,定位於染色體4A、4B和4D上。組織表達分析發現,TaD14s為組成型表達基因,其蛋白定位於細胞質和細胞核中。通過對TaD14-4D基因組進行重測序分析,發現TaD14-4D存在三種單倍型,即4D-HapI、4D-HapII和4D-HapIII。由於單倍型4D-HapII編碼區發生移碼突變,影響其與獨腳金內酯訊號通路組分的相互作用,導致獨腳金內酯信號轉導途徑被阻斷(圖1)。
同時,基於變異位點開發的兩個分子標記dCAPS-250和Indel-747可用於區分三種單倍型。小麥自然群體中關聯分析發現,TaD14-4D單倍型在四種環境下與有效分蘖數和千粒重顯著相關。4D-HapII與較多的有效分蘖數和低千粒重相關,該單倍型中移碼突變對獨腳金內酯訊號通路的影響導致了關聯分析結果的差异,其分佈頻率在育種過程中逐漸下降;而與高千粒重和較少的有效分蘖數相關的單倍型4D-HapIII在全球小麥育種過程中經歷了正向選擇(圖2)。綜上,基於TaD14-4D序列多態性開發的分子標記可以用於小麥分子標記輔助育種。
近日,該研究成果以“Association ofTaD14-4D,a Gene Involved in Strigolactone Signaling,with Yield Contributing Traits in Wheat”為標題在International Journal of Molecular Sciences線上發表,中國農業科學院作物科學研究所張學勇研究員與中國科學院遺傳與發育生物學研究所農業資源研究中心張正斌研究員為共同通訊作者。農業資源研究中心碩士研究生劉瑞芳為第一作者。該研究工作得到國家重點研發計畫(2017YFD0300202-6,2016YFD0100102,2016YFD0100605)和種子設計創新研究院項目的資助。
論文連結:https://doi.org/10.3390/ijms22073748
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