司文潔 吳林楠 郭利建 周夢蝶 劉香利,2 馬 猛,2,* 趙惠賢,2,*

研究簡報(bào)

小麥粒重相關(guān)基因功能標(biāo)記開發(fā)及驗(yàn)證

司文潔1吳林楠1郭利建1周夢蝶1劉香利1,2馬 猛1,2,*趙惠賢1,2,*

1西北農(nóng)林科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 陜西楊陵 712100;2西北農(nóng)林科技大學(xué) / 旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西楊凌 712100;

為了開發(fā)小麥粒重相關(guān)基因()的功能標(biāo)記, 挖掘與千粒重性狀相關(guān)的優(yōu)異等位變異, 本研究通過對30份不同品種小麥啟動(dòng)子區(qū)測序及比對鑒定, 并根據(jù)SNP位點(diǎn)差異開發(fā)啟動(dòng)子區(qū)功能標(biāo)記CAPS-5Ap。結(jié)果表明, 在30份不同小麥品種中啟動(dòng)子區(qū)域出現(xiàn)5個(gè)SNP位點(diǎn)差異, 可將30份不同品種小麥分為TaCYP78A5-2Ap-HapI和TaCYP78A5-2Ap-HapII兩種單倍型; 以323份現(xiàn)代育成小麥品種驗(yàn)證發(fā)現(xiàn), TaCYP78A5-2Ap-HapI的分布頻率為17.96%, TaCYP78A5-2Ap-HapII的分布頻率為82.04%, 表明CAPS-5Ap標(biāo)記可用于小麥啟動(dòng)子序列2種單倍型的鑒定。此外, 關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn), CAPS-5Ap標(biāo)記與粒重相關(guān), 且TaCYP78A5-2Ap-HapII是提高千粒重的優(yōu)異單倍型。研究結(jié)果為小麥分子標(biāo)記輔助選擇和性狀改良提供理論依據(jù)。

小麥; 粒重;; SNP; 功能標(biāo)記

小麥(L)是世界上主要的糧食作物之一, 粒重是小麥產(chǎn)量的主要構(gòu)成因素, 也是小麥育種中的主要選擇性狀[1]。粒重相關(guān)基因的功能研究和標(biāo)記開發(fā)對小麥性狀改良及高產(chǎn)育種具有重要的意義和應(yīng)用價(jià)值。因此, 在小麥中許多粒重相關(guān)基因的功能研究被廣泛報(bào)道。例如, Jiang等[2]克隆得到小麥()基因, 并證明該基因與小麥產(chǎn)量性狀相關(guān)聯(lián), 其在胚乳發(fā)育過程中表達(dá)量較高; Su等[3]通過同源克隆在小麥中獲得水稻()同源基因()基因, 證明該基因?qū)π←溓ЯＶ仄鹭?fù)調(diào)控作用。Ma等[4]同源克隆得到小麥()的全長cDNA并對其進(jìn)行QTL分析, 證明其可以解釋千粒重4.8%的表型差異。

功能標(biāo)記(functional marker, FM)是根據(jù)功能基因的多態(tài)性將基因等位變異與表型性狀相關(guān)聯(lián)的一種分子標(biāo)記, 且開發(fā)與特定性狀相關(guān)聯(lián)的分子標(biāo)記是分子標(biāo)記輔助育種的主要手段[5-6]。SNP-CAPS (cleaved amplified polymorphism sequences, 簡稱CAPS)分子標(biāo)記是酶切擴(kuò)增多態(tài)性序列標(biāo)記技術(shù), 能夠快速檢測由單堿基變異引起的酶切位點(diǎn)的變化, 廣泛應(yīng)用于植物基因分型、定位、克隆、分子鑒定等[7-8]。針對小麥的基因開發(fā)等位基因特異性PCR (AS-PCR)標(biāo)記, 并通過性狀關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)突變位點(diǎn)與籽粒的表型尤其是粒寬和千粒重緊密相關(guān), 其中的CAPS分子標(biāo)記可作為小麥千粒重的優(yōu)異功能標(biāo)記[3]。Zhang等[9]克隆了()基因, 并針對開發(fā)CAPS分子標(biāo)記, 其中能提高小麥每穂的小穗數(shù)。

細(xì)胞色素P450 (Cytochromes P450, 簡稱CYP)家族是最大的植物蛋白家族之一, 其中()家族一類可應(yīng)用于作物改良的基因。在模式植物擬南芥()和水稻()中, 許多家族成員被鑒定出與植物籽粒發(fā)育密切相關(guān)[10-12]。例如, 擬南芥中,被證實(shí)是獨(dú)立于已知母性遺傳之外影響種子大小的基因, 而且其活性高低與種子大小呈正相關(guān)[10,13]。水稻中擬南芥的同源基因()編碼CYP78A13蛋白, 可調(diào)節(jié)胚和胚乳之間的平衡, 過表達(dá)會(huì)導(dǎo)致胚的減小和胚乳的增大, 最終導(dǎo)致水稻種子體積的增大[1,12,14]。在小麥中, 馬猛等[15-16]首次通過同源克隆獲得和基因, 并利用瞬時(shí)沉默和過表達(dá)技術(shù)揭示表達(dá)水平與小麥粒重呈正相關(guān); 陳之忍等[17]研究表明籽粒特異性啟動(dòng)子()驅(qū)動(dòng)的基因在小麥中過表達(dá)能夠顯著增加小麥粒重。以上研究表明基因在影響植物粒重方面具有重要功能, 但關(guān)于小麥自然群體中基因是否存在等位基因變異、的等位基因是否與產(chǎn)量性狀關(guān)聯(lián)以及基因功能標(biāo)記開發(fā)等方面未見研究報(bào)道。

本研究對啟動(dòng)子區(qū)進(jìn)行測序分析, 試圖建立基于等位基因多態(tài)性位點(diǎn)的分子標(biāo)記, 并進(jìn)行等位基因分子標(biāo)記的實(shí)用性驗(yàn)證以及分子標(biāo)記與小麥千粒重的關(guān)聯(lián)分析; 旨在探索基因應(yīng)用于小麥高產(chǎn)分子育種的可能性, 挖掘與千粒重關(guān)聯(lián)的優(yōu)異等位基因, 并開發(fā)其功能標(biāo)記, 為小麥高產(chǎn)、高效分子育種提供新的優(yōu)異基因及功能標(biāo)記。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

353份普通小麥品種中30份來自西北農(nóng)林科技大學(xué)小麥試驗(yàn)田, 用于檢測目標(biāo)基因的核苷酸多態(tài)性; 黃淮麥區(qū)323份現(xiàn)代育成普通小麥品種由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院景蕊蓮研究員提供, 用于目標(biāo)基因單倍型的檢測及農(nóng)藝性狀的關(guān)聯(lián)分析。

1.2 小麥總RNA提取與cDNA合成

不同生育期小麥材料(根、莖、葉、旗葉、5 mm、10 mm幼穗、5 d、10 d、15 d、20 d籽粒)來自田間正常管理的普通小麥小偃6號(hào), 利用北京百泰克多糖多酚植物總RNA快速提取試劑盒提取總RNA, 并利用Takara公司反轉(zhuǎn)錄試劑盒(Primescript RT reagent kit Perfect Real Time)進(jìn)行cDNA第1鏈的合成。

1.3 TaCYP78A5基因時(shí)空表達(dá)模式分析

以上述已獲得的小偃6號(hào)不同生育期cDNA為模板, 通過實(shí)時(shí)熒光定量PCR (quantitative real-time PCR, qRT-PCR)對基因時(shí)空表達(dá)模式進(jìn)行分析。上下游引物(A5-A-RT-F/R、A5-B-RT-F/R、A5-D-RT-F/R)序列見表1, PCR體系為2×TB Green Premix 12.5 μL, cDNA 50 ng, Free-water 8.5 μL, 10 μmol L–1的上下游引物各1 μL。反應(yīng)條件為95℃ 30 s; 95℃ 5 s, 66℃ 30 s, 50個(gè)循環(huán)。反應(yīng)完成后繪制95℃ 10 s、65℃ 5 s、95℃ 5 s熔解曲線。所有反應(yīng)均以內(nèi)參基因進(jìn)行歸一化處理, 每樣品進(jìn)行3次重復(fù)。

1.4 小麥基因組DNA提取

種子萌發(fā)后取二葉一心期新鮮葉片, 利用CTAB (Cetyltrimethylammonium Ammonium Bromide)法提取小麥基因組DNA, 以1%瓊脂糖凝膠電泳檢測其濃度和純度后于?20℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.5 TaCYP78A5啟動(dòng)子序列全長擴(kuò)增和序列分析

根據(jù)最新公布的中國春小麥基因組序列數(shù)據(jù)庫IWGSC RefSeq v1.0 (International Wheat Genome Sequencing Consortium 2018)(基因ID分別為TraesCS2A01G175700/TraesCS2B01G201900/TraesCS2 D01G183000)的啟動(dòng)子序列(簡稱)多態(tài)性位點(diǎn)進(jìn)行分析, 利用Primer Premier 5.0軟件設(shè)計(jì)特異性引物序列, 以上述30份小麥品種(15份大粒品種和15份小粒品種)的基因組DNA為模板進(jìn)行PCR擴(kuò)增, 所用引物對分別為A5-Ap-F/R、A5-Bp-F/R 和A5-Dp-F/R (序列見表1)。PCR體系為2×KOD buffer 10 μL, 2 μmol L–1dNTPs 2 μL, KOD 0.5 μL, 10 μmol L–1的上下游引物各0.5 μL, DNA模板100 ng, ddH2O 5.5 μL; 反應(yīng)條件為95℃ 5 min; 95℃ 30 s, 66℃ 30 s, 72℃ 2 min, 50個(gè)循環(huán); 72℃ 10 min。PCR產(chǎn)物經(jīng)1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測后送西安擎科生物澤西生物科技有限公司測序; 并利用PlantCARE (http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/)在線軟件預(yù)測和分析其在序列的順式作用元件進(jìn)行。

表1 用于TaCYP78A5分析的引物

1.6 30份小麥品種間TaCYP78A5啟動(dòng)子序列測序分析及SNP位點(diǎn)篩選

將30份小麥品種基因啟動(dòng)子序列全長的PCR產(chǎn)物送至西安擎科生物澤西生物科技有限公司測序, 將測序結(jié)果與最新中國春小麥基因組序列數(shù)據(jù)庫IWGSC中序列通過DNAMAN8.0 (https://www.lynnon.com/pc/framepc.html)軟件比對分析, 分別獲得30份小麥品種在序列區(qū)間內(nèi)的SNP位點(diǎn)。

1.7 SNP-CAPS標(biāo)記的開發(fā)

為了將不同品種間的SNP位點(diǎn)轉(zhuǎn)化為SNP-CAPS分子標(biāo)記, 采用二次PCR擴(kuò)增。將得到的序列利用Primer premier 5.0軟件查找多態(tài)性位點(diǎn), 將其轉(zhuǎn)化為CAPS分子標(biāo)記位點(diǎn)。利用Primer premier 5.0軟件在候選CAPS標(biāo)記位點(diǎn)兩側(cè)設(shè)計(jì)PCR特異性引物CAPS-A5-Ap-F/R (表1)進(jìn)行擴(kuò)增, DNA模板為稀釋100倍的序列全長PCR產(chǎn)物, PCR體系為2×KOD buffer 10 μL, 2 μmol L–1dNTPs 2 μL, KOD 0.5 μL, 10 μmol L–1的上下游引物各0.5 μL, DNA模板2 μL, ddH2O 4.5 μL。反應(yīng)條件為95℃ 5 min; 95℃ 30 s, 72℃ 30 s, 72℃ 15 s, 45個(gè)循環(huán); 72℃ 10 min。PCR產(chǎn)物經(jīng)1%瓊脂糖凝膠電泳檢測。

1.8 酶切分析及驗(yàn)證

根據(jù)成功轉(zhuǎn)化為CAPS-5Ap標(biāo)記的SNP位點(diǎn), 選擇合適的限制性酶進(jìn)行酶切反應(yīng), 酶切反應(yīng)體系為10×NEB buffer 2 μL, 限制性內(nèi)切酶I0.4 μL, PCR產(chǎn)物18 μL。37℃酶切2.5 h, 其中I購自NEB公司, 用4.5%瓊脂糖凝膠電泳檢測酶切產(chǎn)物。

1.9 性狀-標(biāo)記關(guān)聯(lián)分析

為進(jìn)一步分析CAPS-5Ap標(biāo)記的實(shí)用性, 以2017年收獲的黃淮麥區(qū)323份現(xiàn)代育成普通小麥品種為材料進(jìn)行掃描, 并利用Microsoft Excel軟件進(jìn)行千粒重?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析; 利用TASSEL 2.1軟件中的普通線性模型(GLM)將開發(fā)的CAPS-5Ap分子標(biāo)記與323份普通小麥品種的千粒重進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。其中, 323份普通小麥品種的千粒重表型數(shù)據(jù), 以及單倍型與小麥千粒重關(guān)聯(lián)分析由中國農(nóng)科院景蕊蓮研究員課題組提供。

2 結(jié)果與分析

2.1 TaCYP78A5基因時(shí)空表達(dá)模式分析

前期研究表明, 小麥中基因含有3個(gè)直系同源基因, 分別位于2A2B和2D染色短臂, 被命名為、、[15]。利用小偃6號(hào)不同生育期、不同部位(根、莖、葉、旗葉、5 mm和10 mm幼穗以及花后5、10、15、20 d籽粒)樣品時(shí)空表達(dá)模式分析發(fā)現(xiàn),基因在小麥各個(gè)部位均有表達(dá), 且在幼穗發(fā)育階段表達(dá)量較高; 其中在各個(gè)部位表達(dá)量最高,次之(圖1)。

圖1 TaCYP78A5-2A/2B/2D基因表達(dá)模式

R: 根; S: 莖; L: 葉; FL: 旗葉; YS5: 5 mm的幼穗; YS15: 15 mm的幼穗; GR5、GR10、GR15和GR20分別表示花后5、10、15和20 d的籽粒。

R: root; S: stem; L: leaf; FL: flag leaf; YS5: 5 mm young panicles; YS15: 15 mm young panicles; GR5, GR10, GR15, and GR20: grain at 5 days, grain at 10 days, grain at 15 days and grain at 20 days after flowering.

2.2 TaCYP78A5啟動(dòng)子全長序列擴(kuò)增和序列分析

為了進(jìn)一步了解-不同亞基因組間差異表達(dá)的根源, 在小偃6號(hào)小麥品種中對啟動(dòng)子區(qū)進(jìn)行全長擴(kuò)增和序列分析, 擴(kuò)增獲得基因啟動(dòng)子3個(gè)亞基因組序列信息, 其中序列長度為1800 bp序列長度為1500 bp,序列長度為1810 bp。基因序列起始密碼子前1500 bp序列比對結(jié)果表明序列內(nèi)存在較大差異(附圖1)。進(jìn)一步對序列內(nèi)的作用元件分析顯示, 在的?1500 bp序列內(nèi)除共同含有CAAT-box和TATA-box基本順式作用元件外, 還含有激素響應(yīng)元件ABRE、GC-motif、P-boxTGA-element等和逆境響應(yīng)元件; 以及特有元件CAT-box和AT-rich sequence,特有元件GCN4_motif和TCA- element (表2)。特別是序列內(nèi)特有的在分生組織表達(dá)的順式作用元件CAT-box, 可能是引起在根部和幼穗期表達(dá)量較高的原因。因此, 這些啟動(dòng)子序列和調(diào)控元件的差異可能是導(dǎo)致基因的3個(gè)直系同源基因間表達(dá)量巨大差異的根源。

2.3 30份小麥品種間TaCYP78A5啟動(dòng)子SNP位點(diǎn)識(shí)別和篩選

與中國春小麥基因組序列數(shù)據(jù)庫IWGSC RefSeq v1.0比對顯示, 在30份小麥品種間序列共存在5個(gè)SNP位點(diǎn), 分別位于?1292、?1203、?596、?594和?435 bp (圖2)。而序列區(qū)間內(nèi)不存在有規(guī)律的SNP位點(diǎn),序列區(qū)間內(nèi)存在2個(gè)SNP位點(diǎn)。因此, 后續(xù)只對不同小麥品種間等位基因序列進(jìn)行SNP變異分析和分子標(biāo)記開發(fā)。

對30份小麥品種單倍型分析發(fā)現(xiàn), 5個(gè)SNP位點(diǎn)差異在30份品種間組成2種等位基因差異類型, 分別為單倍型TaCYP78A5-2Ap-HapI (C/C/C/A/G)和單倍型TaCYP78A5-2Ap-HapII (T/T/A/G/A)。

表2 TaCYP78A5-2Ap/2Bp/2Dp序列順式作用元件預(yù)測

圖2 TaCYP78A5-2Ap序列結(jié)構(gòu)和等位基因多態(tài)性分析

A:序列結(jié)構(gòu); B:序列多態(tài)性和等位基因變異分析。

A: structure of; B: polymorphism and allelic variation analysisof

2.4 TaCYP78A5-Ap的 SNP-CAPS標(biāo)記的開發(fā)

通過對兩種單倍型TaCYP78A5- 2Ap-HapI和TaCYP78A5-2Ap-HapII序列間差異分析, 發(fā)現(xiàn)TaCYP78A5-2Ap-HapI在?1203 bp (SNP2)存在特異性酶(I)酶切位點(diǎn), 而TaCYP78A5-2Ap-HapII對應(yīng)位點(diǎn)不存在I的酶切位點(diǎn); 因此, 根據(jù)標(biāo)記的酶切產(chǎn)物大小可以區(qū)分的兩種單倍型。

通過在–1203 bp位點(diǎn)上下游設(shè)計(jì)引物CAPS-A5-Ap- F/R進(jìn)行二次PCR擴(kuò)增, 開發(fā)SNP-CAPS標(biāo)記CAPS-5Ap, 并根據(jù)標(biāo)記的酶切產(chǎn)物大小區(qū)分的2種基因類型, 若酶切產(chǎn)物為170 bp和140 bp的2條帶, 則待測小麥單倍型為TaCYP78A5-2Ap-HapI; 若酶切產(chǎn)物為310 bp的一條帶, 則待測小麥單倍型為TaCYP78A5- 2Ap-HapII。

2.5 SNP-CAPS標(biāo)記的驗(yàn)證

在上述30份小麥品種間對SNP-CAPS標(biāo)記CAPS- 5Ap檢測發(fā)現(xiàn), 其中7份品種能夠被I酶切識(shí)別, 屬于TaCYP78A5-2Ap-HapI單倍型; 其余23份品種均不能被I酶切識(shí)別, 屬于TaCYP78A5-2Ap-HapII單倍型(圖3)。酶切結(jié)果與測序結(jié)果一致, 表明針對該位點(diǎn)(SNP2)開發(fā)的CAPS-5Ap標(biāo)記能有效鑒別的2種單倍型。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證CAPS-5Ap標(biāo)記在不同地區(qū)栽培小麥品種中的實(shí)用性, 將開發(fā)的CAPS-5Ap標(biāo)記在323份現(xiàn)代育成小麥品種間進(jìn)行掃描驗(yàn)證。酶切表明, 323份現(xiàn)代育成品種的序列均能夠被I酶酶切產(chǎn)生與上述30品種相同的2種單倍型類型, 部分品種酶切結(jié)果如圖4所示。在323份現(xiàn)代育成品種中共有58份品種屬于TaCYP78A5-2Ap-HapI類型, 分布頻率為17.96%; 265份品種屬于TaCYP78A5-2Ap-HapII類型, 分布頻率為82.04% (圖5), 323份現(xiàn)代育成品種中的單倍型類型統(tǒng)計(jì)情況見附表1。以上結(jié)果表明CAPS-5Ap標(biāo)記可用于鑒別不同地區(qū)栽培小麥品種中序列的2種單倍型。

圖3 TaCYP78A5-2Ap分子標(biāo)記的開發(fā)

M: 20 bp DNA ladder; I/II:的2種單倍型; I: TaCYP78A5-2Ap-HapI; II: TaCYP78A5-2Ap-HapII。

M: 20 bp DNA ladder; I/II: two genotypes of; I: TaCYP78A5-2Ap-HapI; II: TaCYP78A5-2Ap-HapII.

圖4 323份現(xiàn)代育成小麥品種TaCYP78A5-2Ap單倍型掃描驗(yàn)證

M: 20 bp DNA ladder; I/II:的2種單倍型; I: TaCYP78A5-2Ap-HapI; II: TaCYP78A5-2Ap-HapII。

M: 20 bp DNA ladder; I/II: two haploidtypes of; I: TaCYP78A5-2Ap-HapI; II: TaCYP78A5-2Ap-HapII.

圖5 323份現(xiàn)代育成小麥品種中TaCYP78A5-2Ap兩種單倍型的分布頻率

TaCYP78A5-2Ap-HapI/II:啟動(dòng)子的2種單倍型。

TaCYP78A5-2Ap-HapI/II: two haploidtypes forpromoter.

2.6 籽粒性狀-分子標(biāo)記的關(guān)聯(lián)分析

對323份小麥品種的單倍型數(shù)據(jù)與千粒重表型數(shù)據(jù)進(jìn)行性狀-標(biāo)記的關(guān)聯(lián)分析顯示, TaCYP78A5-2Ap-HapI單倍型和TaCYP78A5-2Ap-HapII單倍型對應(yīng)小麥品種的平均千粒重存在極顯著差異(<0.01); 其中, 單倍型TaCYP78A5-2Ap-HapII小麥品種的平均千粒重顯著高于單倍型TaCYP78A5-2Ap-HapI (圖6)。這表明不同單倍型對千粒重的貢獻(xiàn)存在極顯著差異, 暗示著CAPS-5Ap標(biāo)記是與粒重相關(guān)的功能標(biāo)記; 單倍型TaCYP78A5-2Ap-HapII是提高千粒重的優(yōu)異單倍型。

3 討論

小麥產(chǎn)量的提高一直是小麥育種工作不斷追求的重要目標(biāo)。目前, 已有不少籽粒大小相關(guān)基因被克隆并開發(fā)了其功能標(biāo)記, 如[2]、[3]、[4]、[19]、[20]等。近年來, 植物特異的家族的部分成員[10]、[12]、[14]、[21]等被證實(shí)參與植物生殖器官及種子的發(fā)育, 暗示著家族基因可用于作物產(chǎn)量性狀的改良。本課題組馬猛等利用同源克隆技術(shù)獲得和兩個(gè)基因, 并證實(shí)這兩個(gè)基因均可影響籽粒大小[15-16]。因此, 本研究通過檢測黃淮麥區(qū)323份現(xiàn)代育成小麥品種的3個(gè)直系同源基因的等位基因, 并開發(fā)了其CAPS-5Ap功能標(biāo)記; 該研究結(jié)果將為小麥高產(chǎn)、高效分子育種提供新優(yōu)異基因和功能標(biāo)記。

圖6 323份現(xiàn)代育成小麥品種中TaCYP78A5-2Ap兩種單倍型與千粒重的方差分析

-HapI/II:啟動(dòng)子的兩種單倍型; **<0.01; 誤差顯示為±SE。

-HapI/II: Two haploidtypes forpromoter; **<0.01; Error bars denote ±SE.

分子標(biāo)記輔助選擇是現(xiàn)代分子育種的主要手段, 它通過對單倍型的直接、快速選擇進(jìn)行分子育種。因此, 基于已知功能基因開發(fā)其與產(chǎn)量性狀相關(guān)的功能標(biāo)記, 對未來的分子育種至關(guān)重要。Jiang等[2]針對開發(fā)功能標(biāo)記和, 并通過關(guān)聯(lián)分析方法證明是影響千粒重的優(yōu)異單倍型。Ma等[4]根據(jù)的等位變異位點(diǎn)開發(fā)了與粒重相關(guān)的功能標(biāo)記和。相吉山等[22]利用新疆小麥品種資源進(jìn)一步證實(shí)的功能標(biāo)記、能夠較好地區(qū)分小麥千粒重的大小, 可用于粒重的分子標(biāo)記輔助選擇。本研究首次通過對不同品種序列多態(tài)性位點(diǎn)分析, 開發(fā)了等位基因功能標(biāo)記CAPS-5Ap; 將CAPS-5Ap標(biāo)記在黃淮麥區(qū)323份小麥品種間掃描驗(yàn)證表明, CAPS-5Ap標(biāo)記可將323份小麥品種分為TaCYP78A5-2Ap-HapI和TaCYP78A5-2Ap-HapII兩種單倍型。進(jìn)一步的關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn), TaCYP78A5-2Ap- HapII單倍型小麥品種的千粒重均極顯著高于TaCYP78A5-2Ap-HapI, 表明TaCYP78A5-2Ap-HapII是提高千粒重的優(yōu)異單倍型; TaCYP78A5-2Ap-HapII類型可用于小麥粒重的分子標(biāo)記輔助選擇。

本研究是基于不同小麥品種間序列上多個(gè)SNP位點(diǎn)組成的單倍型為單位的結(jié)果; 后期計(jì)劃進(jìn)一步研究各單倍型的單一SNP位點(diǎn)對基因表達(dá)水平的影響, 以期了解SNP位點(diǎn)差異對基因表達(dá)水平, 乃至對籽粒大小和產(chǎn)量的影響。

附圖和附表 請見網(wǎng)絡(luò)版: 1) 本刊網(wǎng)站http://zwxb.china-crops.org/; 2) 中國知網(wǎng)http://www.cnki.net/; 3) 萬方數(shù)據(jù)http://c.wanfangdata.com.cn/Periodical-zuowxb.aspx。

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Development and validation of the functional marker of grain weight-related genein wheat (L.)

SI Wen-Jie1, WU Lin-Nan1, GUO Li-Jian1, ZHOU Meng-Die1, LIU Xiang-Li1,2, MA Meng1,2,*, and ZHAO Hui-Xian1,2,*

1College of Life Science, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi, China;2State Key Laboratory of Crop Stress Biology for Arid Areas / Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi, China

In order to develop the functional marker of wheat grain weight related gene() and excavate superior alleles for 1000-grain weight, functional marker CAPS-5Ap was developed according to the different SNP loci ofby analyzing thepromoter sequence of 30 wheat varieties and alignment evaluation. There were five SNP loci inpromoter regions of 30 wheat varieties, which could be divided into two kinds of genotype,TaCYP78A5-2Ap-HapIand TaCYP78A5-2Ap-HapII. The frequency of TaCYP78A5-2Ap-HapI and TaCYP78A5-2Ap-HapII in 323 modern varieties of wheat was 17.96% and 82.04% respectively, which indicating that the CAPS-5Ap can be used to identify two genotypes ofpromoter sequence in wheat. What's more, the correlation between the genotype data and 1000-grain weight phenotype data of 323 modern varieties was analyzed, showing that CAPS-5Ap marker associated with grain weight, andTaCYP78A5-2Ap-HapII was the superior genotype for 1000-grain weight. These results may provide useful information for molecular marker assisted selection and character improvement in breeding for high yield wheat.

wheat; grain weight;;SNP; functional marker

本研究由陜西楊凌示范區(qū)產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新重大項(xiàng)目計(jì)劃(2017CXY-01)和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31701419, 31471482)資助。

This study was supported by the Collaborative Innovation Major Project (2017CXY-01) of the Production and Research Institute of Shaanxi Yangling Demonstration Zone and the National Natural Science Foundation of China (31701419, 31471482).

馬猛, E-mail: dik725@163.com; 趙惠賢, E-mail: hxzhao212@nwafu.edu.cn

E-mail: wenjiesi2016@126.com; dik725@163.com

2019-02-17;

2019-06-12;

2019-07-08.

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20190705.1252.004.html

10.3724/SP.J.1006.2019.91016