小麦粒重QTL侧翼标记开发和粒型同源基因GLW7的结构和表达分析

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千粒重(Thousand Grain Weigh,TGW)是构成小麦产量的三因素之一。本课题组先前利用西藏半野生小麦Q1028(Q1028)和郑麦9023(ZM9023)构建的重组自交系(RIL)群体,鉴定出一个位于小麦2D染色体上控制千粒重的主效数量性状基因座(Quantitative Trait Locus,QTL)(QTgw.sau-2D),该QTL的加性效应来自郑麦9023。本研究利用比较基因组学对QTgw.sau-2DQTL进行分子标记的开发和验证以及遗传图谱的密化,为QTL的精细定位及其分子辅助育种奠定了基础。OsGLW7是在水稻中正向调节籽粒大小和粒重的重要基因。而我们对其在小麦中的同源基因TaGLW7知之甚少。本研究对TaGLW7基因进行了基因结构分析、蛋白结构分析、进化分析、启动子区域分析以及表达模式分析。此外,本研究对大麦(Hordeum vulgare,HvGLW7)、水稻(Oryza sativa,OsGLW7)、短柄草(Brachypodium distachyon,BdGLW7)、野生二粒小麦(Triticum turgidum,TtGLW7)、乌拉尔图小麦(Triticum urartu,TuGLW7)、节节麦(Aegilops tauschii,AtGLW7)也进行了比较分析。本研究结果如下:1.本研究基于先前构建的遗传图谱,运用比较基因组学在目标区间内分离出100个基因,并进一步鉴定出了32个单拷贝基因。在这些基因的启动子区域,基于SNP成功开发了高分辨率熔解曲线(High-Resolution Melting,HRM)共显性标记1个;在基因编码区内开发了序列特异性扩增区域(Sequence Characterized Amplified Regions,SCAR)显性标记2个。这三个标记均成功连锁到了遗传图谱上,并在三个遗传背景不同的验证群体中进行了验证。2.新开发的标记0C98-411和B0BB-10470在三个具有不同遗传背景验证群体中的分析发现,含有和不含有千粒重位点QTgw.sau-2D的株系之间,平均千粒重具有显著差异。进一步分析表明标记0C98-411可能是距离QTgw.sau-2D最近的侧翼标记。同时本研究将只含QTgw.sau-2D QTL的株系与四川地区小麦川农16杂交,筛选其F2:3群体,获得数份含有QTgw.sau-2D QTL背景的高千粒重的育种材料。3.TaGLW7、HvGLW7、TtGLW7和AtGLW7基因均被定位到相应物种中的第2组染色体上。多重比对表明GLW7基因在除乌拉尔图小麦以外的其他所有物种中均具有两个外显子和一个内含子。蛋白结构分析表明,GLW7包含SBP保守蛋白结构域和两个相邻的低复杂性区域。4.通过系统进化发育分析,我们将所有物种中的GLW7基因聚集成一个系统发育进化树。与水稻和短柄草相比,大麦中的HvGLW7基因与小麦中的TaGLW7基因有更密切的关系。5.表达模式分析表明,GLW7基因在穗器官中高度表达,包括小麦幼穗,大麦花序和水稻花药。此外,生物胁迫显著负调控小麦和大麦中GLW7基因的表达;预测的转录因子ABF2和TaGLW7基因的表达模式之间具有显著相关性。
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