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    GB| 中国科学院植物研究所郭自峰研究组利用高分辨率基因型-表型图谱鉴定出控制小麦籽粒数目和大小的TaSPL17基因


      文章标题:A high-resolution genotype–phenotype map identifies the TaSPL17 controlling grain number and size in wheat

      发表期刊:Genome Biology

      影响因子:17.902

      作者单位:中国科学院植物研究所

      

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      近日,中国科学院植物研究所郭自峰研究组利用高分辨率基因型-表型图谱鉴定出控制小麦籽粒数目和大小的TaSPL17基因,研究文章A high-resolution genotype–phenotype map identifies the TaSPL17 controlling grain number and size in wheat发表在Genome Biology 上。

      研究目的

      小麦是世界三大粮食作物之一,穗部性状是决定小麦产量的关键因素,增加籽粒同化物的分配对提高小麦产量具有重要的影响。籽粒和其他穗部结构(穗糠)之间遗传关系是决定籽粒同化物分配的重要因素。然而,同化物在小麦籽粒和其他穗部结构(穗糠)之间分配的遗传分子机理还没有被充分解析。因此鉴定同化物在小麦籽粒和穗糠之间分配的调控因子,解析相关分子机理对提高小麦产量具有重要的意义。

      研究内容

      研究通过剖析籽粒和其他穗部成分(穗皮)之间的遗传联系来寻找籽粒产量性状的基因组信号,同化物分配与小麦穗部形态和籽粒产量性状密切相关。因此利用与穗部分间同化物分布有关的性状来剖析粒重、粒数和粒大小。

      利用来自世界范围内的306份小麦约4千万的SNP,对穗长、穗重、籽粒重、千粒重、小穗数、芒重、糠重等27个穗部性状进行全基因组关联性分析,共鉴定590个关联的区段。科研人员发现,穗子的间接性状具有更强的峰值,因此,通过间接性状的方法来鉴定出强关联信号的方法是可行的。

      

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      图1 27个穗部性状基因型-表型GWAS结果图谱

      科研人员利用同化物分配性状的GWAS结果鉴定到TaSPL17为调控穗子的间接性状的候选基因。水稻(Oryza sativa L.)中OsSPL14参与穗结构、小穗数和分蘖的调控,TaSPL17与OsSPL14同源。

      

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      图2 敲除系表型分析

      

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      图3 过表达系表型分析

      进一步分析发现,TaSPL17通过调控小穗和小花分生组织的发育来控制籽粒的大小和数量,进而提高单株籽粒产量。

      

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      图4 TaSPL17基因表达模式及其亚细胞定位

      生物信息学分析表明,TaSPL17的单倍型具有明显的地理分布差异,且受到驯化和育种选择。

      

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      图5 TaSPL17单倍型的地理分化与育种选择

      研究意义

      该研究一方面为小麦穗部性状的研究提供了高密度的遗传图谱,为穗部形态的遗传改良提供了宝贵的资源,同时也为小麦候选基因检测和克隆提供了快速的遗传解决方案。

      植物所博士研究生刘洋洋,中国农业科学院作物科学研究所陈隽助理研究员、中国科学院遗传与发育生物学研究所尹长斌助理研究员为论文的共同第一作者,植物所郭自峰研究员、遗传发育所鲁非研究员、中国农业科学院作科所马有志研究员、郝元峰研究员为共同通讯作者。中国农科院作科所何中虎研究员、张学勇研究员和郝晨阳研究员,西北农林科技大学吴建辉教授参与并指导了该工作。研究得到中国科学院战略性先导科技专项、农业科技创新工程、国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院战略优先研究计划和海南崖州湾种子实验室的资助。

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