西藏大麦Vrs1基因等位变异及控制侧小穗发育新基因定位

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栽培大麦(Hordeum vulgare L.)是世界第四大粮食作物,也是世界上最早被驯化的重要作物之一。大麦的穗部由交替着生于穗轴两侧的三联小穗构成,即一个中间小穗和两个侧生小穗。大麦侧小穗结实与否产生了二棱/六棱性状,从而显著影响其籽粒产量。因此大麦二棱到六棱的变化具有显著驯化特征。与侧小穗发育有关的几个基因位点已被克隆,其中Six-rowed spike1(Vrs1)被认为对大麦侧小穗可育性起决定性作用。青藏高原野生和栽培大麦资源丰富,被认为是栽培大麦的驯化和遗传多样性中心之一。为初步了解该地区大麦中Vrs1基因遗传多样性,发掘其中与侧小穗发育相关基因,本研究选取了81份青藏高原野生及栽培大麦,分析了Vrs1等位基因的遗传多样性。进一步以西藏野生二棱大麦和六棱大麦地方品种为亲本构建分离群体,试图定位其中可能蕴藏的控制侧小穗发育的新基因位点,主要取得了以下研究结果:  (1)通过对Vrs1基因进行重测序发现,在本研究使用的81份青藏高原地区大麦材料中主要具有三种Vrs1等位基因:在二棱大麦中具有Vrs1.b3和vrs1.a4两种基因型;在六棱大麦中有vrs1.a1和vrs1.a4两种基因型。结合前人的研究结果进一步分析了Vrs1等位基因的地理分布,首次发现在青藏高原地区二棱及六棱大麦中高频率地出现vrs1.a4等位基因。  (2)以西藏野生二棱大麦ZYM0083和六棱大麦地方品种林芝黑六棱为亲本,通过正反杂交组合构建了两个F2代分离群体和一个F3代家系群体。对F2代单株棱数性状统计分析,二棱植株与六棱植株的比例符合3∶1;F3代单株二棱纯合植株、二棱杂合植株以及六棱植株的比例符合1∶2∶1,表明西藏大麦的棱数性状是由单基因控制的质量性状。  (3)从F2群体中随机挑选出50个二棱单株和50个六棱单株,等量混合其DNA构建了二棱混池和六棱混池,对亲本DNA及两个DNA池进行了基于重测序的BSA-seq分析,初步将控制棱数的基因位点定位在2号染色体长臂648Mb-655Mb的物理区间内。通过进一步开发分子标记筛选重组个体,将目标区段缩小至649.3Mb-653.4Mb之间约4.11Mb的区间内。  (4)根据大麦基因组图谱,在候选区间内有42个注释基因。其中只有HORVU2Hr1G092420在亲本间发生了对功能具有重要影响的突变。在六棱亲本中,HORVU2Hr1G092420的一个mRNA前体剪接位点发生了T>C(2H:653359353)碱基转换,可能产生可变剪切。进一步通过分析该基因及其小麦、水稻同源基因的表达模式推测HORVU2Hr1G092420可能是控制西藏大麦侧小穗发育性状的候选基因。  本研究结果为进一步揭示控制西藏大麦侧小穗发育的基因奠定基础,为解析大麦棱数调控的分子机制,深入了解青藏高原栽培大麦的驯化过程提供重要信息。
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