【摘 要】
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小麦（Triticum aestivum L.）在世界上广泛种植,是人类主要口粮作物之一。千粒重作为小麦产量的决定因素,具有80%以上的稳定遗传力。因此,挖掘和研究粒重相关基因对小麦产量的提升至关重要。本实验室前期获得一个与粒重相关的转录因子TaWUS-like。本研究利用小麦转基因材料、酵母双杂交和转录组测序等手段,解析其调控小麦粒重的分子机制。此外,挖掘自然材料中其优异等位变异并开发优异单倍型
【基金项目】
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国家自然科学基金（31471492）； 国家重点研发计划（2016YFD0100402）； 中国农业科学院创新工程；
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小麦（Triticum aestivum L.）在世界上广泛种植,是人类主要口粮作物之一。千粒重作为小麦产量的决定因素,具有80%以上的稳定遗传力。因此,挖掘和研究粒重相关基因对小麦产量的提升至关重要。本实验室前期获得一个与粒重相关的转录因子TaWUS-like。本研究利用小麦转基因材料、酵母双杂交和转录组测序等手段,解析其调控小麦粒重的分子机制。此外,挖掘自然材料中其优异等位变异并开发优异单倍型的分子标记服务于小麦育种。研究结果如下:1.TaWUS-like属于WUSCHEL超家族中的WUS分支,TaWUS-like-5A/5B/5D具有两个外显子和一个内含子,分别编码319个,322个和323个氨基酸,蛋白质序列高度相似（～86.64%）,具有保守的Homeobox结构域。TaWUS-like具有转录自激活活性,其激活域位于蛋白的C-端。TaWUS-like-5A/5B/5D为组成型表达,在发育的籽粒中高表达。2.将TaWUS-like-5D在小麦品种科农199（KN199）中进行转基因,结果发现TaWUS-like-5D过表达导致小麦的株高和千粒重均极显著降低;而RNA干扰株系的千粒重显著增加,表明TaWUS-like-5D是一个粒重的负调控因子。3.TaWUS-like-5D过表达造成小麦包穗,茎的组织切片表明过表达株系茎中细胞纵向伸长不足,激素测定表明茎中GA3含量显著下降（p＜0.01）,而BR含量则显著升高（p＜0.05）。转录组分析发现TaWUS-like-5D过表达导致GA和BR信号途径基因的表达水平发生明显变化,细胞周期蛋白和扩展蛋白基因的表达水平显著下降,表明TaWUS-like-5D可能参与调控GA和BR途径。4.利用酵母双杂交筛库,获得了12个可能与TaWUS-like-5D互作的候选蛋白。通过萤火虫荧光素酶互补成像和双分子荧光互补实验证实了TaWUS-like-5D可与SHN1、SnRK1、PP2C、BAK1、GATA、ARF16互作,表明TaWUS-like-5D可能和SHN1等蛋白形成复合体调控小麦的籽粒发育。5.通过对34份千粒重差异显著的小麦材料进行重测序,发现TaWUS-like-5A/5B/5D的启动子区、编码区和3’UTR区分别存在3/16/1个SNP和1/3/2个InDels变异,可形成两种单倍型。在小麦地方品种和育成品种群体中,TaWUSlike-5A/5B/5D-HapⅠ株高低于HapⅡ,而千粒重和穗粒数均高于HapⅡ,是优异单倍型,在中国小麦育种过程中受到了正向选择,其中对TaWUS-like-5B-HapⅠ的选择最为强烈。本研究首次报道TaWUS-like-5D是负调控小麦粒重的转录因子,初步明确了其参与调控小麦穗和籽粒发育的可能机理及网络,并开发了优异单倍型的KASP标记应用于小麦分子辅助育种。本研究为小麦粒重的遗传改良提供了新的靶基因和功能性分子标记。
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