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小麦粒重基因TaTGW-A1的克隆及分子机制解析

批准号:
32072055
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
刘杰
依托单位:
学科分类:
作物基因组及遗传学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘杰

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
粒重是决定小麦高产的关键目标性状。挖掘粒重关键调控基因,针对粒重进行分子遗传改良,是实现小麦高产分子育种的重要策略。目前,育种可用的粒重基因资源十分匮乏,严重制约了小麦高产分子遗传改良进程。申请人团队前期利用小麦材料ND3026(小粒)和ND3999(大粒)构建分离群体在7A染色体发现1个控制粒重的主效QTL,命名为TaTGW-A1。利用剩余杂合系衍生的分离群体进行精细定位,将目标QTL缩小至78.6kb范围内,包含2个候选基因。利用近等基因系证明,该位点可提高千粒重2.5g以上,且对分蘖、抽穗期、成熟期等重要农艺性状无不良影响,具有很好的育种利用潜力。本项目拟采用遗传学与生物化学相结合的策略,克隆TaTGW-A1基因,并对其生物学功能和分子作用机制进行深入解析,同时对该基因的育种利用价值和增产潜力进行评估,以期为小麦高产分子遗传改良和现代快速育种提供重要基因资源和理论依据。
英文摘要
Grain weight is one of the key traits for high-yielding wheat varieties. Cloning of grain weight genes and further characterization of their molecular functions will greatly facilitate the wheat genetic improvement in the on-farm yield. However, the genetic basis of how the grain development is controlled and how final grain weight is influenced is largely unknown. By using recombinant inbred lines (RILs) derived from two wheat varieties (ND3026 and ND3999) with different grain weight, we previously identified a major QTL for grain weight on chromosome 7A, which we named as TaTGW-A1. Further fine mapping using the segregating population derived from the residual heterozygous line (RHL) narrowed the candidate gene to a 78.6 kb region between markers M4 and M15, containing two protein-coding genes. This locus could increase the thousand grain weight (TGW) by ~2.5 g without affecting other major agronomic traits, including plant height, tillering, heading time and maturation, suggesting that TaTGW-A1 may be potentially utilized in wheat breeding. Based on the above knowledge, this proposed project is designed to finally clone the candidate gene of TaTGW-A1. Meanwhile, the molecular regulation mechanism of TaTGW-A1 on grain weight will be explored by combining the genetic and biochemical research strategies. In the end, the breeding utilization value of TaTGW will be analyzed and discussed. This proposed project will be of significance for molecular-associated genetic improvement of wheat yield potential.
粒重是决定小麦高产的关键目标性状。挖掘粒重关键调控基因,针对粒重进行分子遗传改良,是实现小麦高产分子育种的重要策略。目前,育种可用的粒重基因资源十分匮乏,严重制约了小麦高产分子遗传改良进程。利用四倍体波兰小麦材料3962(大粒)和四倍体硬粒小麦品种津硬8号(JY8,小粒)构建分离群体,在7A染色体发现1个控制粒重的主效QTL,命名为TaTGW-A1。对该QTL进行图位克隆,鉴定了候选基因VRT-A2,编码MADS-box转录因子。序列分析表明,与JY8类型VRT-A2(VRT-A2a)相比,3962类型基因(VRT-A2b)在第一内含子发生了560 bp的缺失并伴随157 bp的未知序列的插入,导致3962类型VRT-A2在幼穗和籽粒中异位高表达,使粒重增加,颖壳变长,从而建立了VRT-A2b单倍型与粒重之间的正相关关系。与野生类型VRT-A2a相比,VRT-A2b的基因区域H3K27me3甲基化水平明显降低,而H3Ac乙酰化水平显著升高。与此同时,对缺失的560 bp内含子序列以及新产生的157 bp未知序列进行了深入分析,发现560 bp序列含有VRT-A2基因转录的关键顺式元件,通过招募TaMFS1等负调控转录因子来抑制VRT-A2基因自身的转录;而157 bp序列则包含来源于其侧翼序列的串联重复序列,对VRT-A2的转录起激活作用。这一转录抑制元件的缺失和转录激活元件的插入,共同导致了波兰小麦VRT-A2的过量表达和异位激活。成果发表项目第一标注研究论文1篇(Molecular Plant),其它非第一标注SCI研究论文3篇;培养博士后1名,博士生3名。
小麦抗倒伏株型新基因Csm-D1的克隆及分子机制解析
  • 批准号:
    32372120
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    刘杰
  • 依托单位:
国内基金
海外基金