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小麦是世界上最为重要的粮食作物之一,长期以来,产量一直是小麦育种中的最为重要的育种目标。而作为小麦产量三要素之一,千粒重对产量有重要影响,主要由籽粒大小来决定。由于普通小麦拥有巨大的基因组和大量的重复序列,采用图位克隆技术从小麦中直接克隆与产量相关的基因比较非常困难。到目前为止,尽管有许多与产量或者产量相关性状的QTL位点定位出来,但小麦产量相关性状基因的克隆、遗传机理和分子机制方面的研究仍然较少。鉴于此,本研究以363份黄淮海麦区的小麦品种(高代品系)为材料,通过同源克隆的方法技术克隆了两个与小麦产量重要农艺性状相关基因,一个为与分别为小麦籽粒大小相关的TaGS5基因,另一个为控制和小麦株型相关分蘖夹角的TaTAC1基因,并分别分析了这两个基因的结构、在黄淮麦区小麦种质资源中的分子特征以及与农艺性状的关系,为剖析产量重要农艺相关性状形成的分子遗传机理和遗传基础以及调控提供了重要的信息。主要结果如下:1.利用同源克隆技术从普通小麦中克隆了一个控制籽粒大小的TaGS5基因,该基因主要由10个外显子和9个内含子组成。染色体定位发现,该基因被定位在3号染色体上。测序结果显示,在TaGS5-A1基因的第六个外显子发现了一个SNP,该SNP导致TaGS5-A1基因编码的蛋白303 bp的位置发生从丙氨酸到丝氨酸的改变。因此,将TaGS5-A1位点所编码蛋白303 bp位置为丙氨酸的变异命名为TaGS5-A1a,将TaGS5-A1位点所编码蛋白303 bp位置为丝氨酸的变异命名为TaGS5-A1b,并根据该SNP开发了一个CAPS功能性标记。2.通过研究TaGS5-A1等位变异和小麦农艺性状的关系发现,与基因型为TaGS5-A1a的小麦品种相比,基因型为TaGS5-A1b的小麦品种具有较宽的粒宽和更高的千粒重。同时发现,基因型为TaGS5-A1a的小麦品种的株高、穗长和穗下节也显著高于基因型为TaGS5-A1b的小麦品种的株高、穗长和穗下节。另外,农家种中这两种基因型所对应的农艺性状之间的差异大于现代品种中这两种基因型所对应的农艺性状之间的差异。因此推测,农家种中TaGS5基因可能在调节产量相关性状方面发挥更重要的作用。分析可能是由于经历强烈的人工选择之后,许多优良基因在现代品种中积累的缘故。优良基因型TaGS5-A1b在现代小麦育种过程中可能经历了强烈的人工定向选择。3.荧光定量PCR结果表明,TaGS5-A1b基因型在小麦种子6个不同发育时期表达量均显著高于TaGS5-A1a基因型。由于TaGS5-A1b基因型小麦品种比TaGS5-A1a类型的小麦品种具有相对更高的千粒重和更低的株高,总体上农艺性状相对更为优良。因此推测,TaGS5基因表达量对小麦千粒重的影响呈正相关。4.为了进一步研究TaGS5基因对小麦农艺性状尤其是千粒重的影响,TaGS5基因启动子序列从普通小麦中被分离出来。测序结果显示,在该基因启动子上游-1925 bp位置有一个G碱基的插入,该碱基的插入主要发生在TaGS5-A1基因启动子上游顺式作用元件Sp1内。将之前在TaGS5-A1基因第六个外显子内发现的SNP(G/T)导致的等位变异类型和该基因启动子区域发现的G碱基插入与否造成的等位变异类型相结合,可以把普通小麦分为TaGS5-A1a-a、TaGS5-A1a-b、TaGS5-A1b-a和TaGS5-A1b-b四种基因型。5.研究TaGS5-A1启动子等位变异与连续三年农艺性状关系发现,与基因型为TaGS5-A1a-a的小麦品种相比,基因型为TaGS5-A1a-b的小麦品种具有较高的千粒重、较低的株高和较宽的粒宽。与基因型为TaGS5-A1b-a的小麦品种相比,基因型为TaGS5-A1b-b的小麦品种具有较高的千粒重、较高的株高和较窄的粒宽。进一步分析发现,TaGS5-A1a-a和TaGS5-A1a-b这两种基因型对应的小麦品种农艺性状之间的差异要大于TaGS5-A1b-a和TaGS5-A1b-b这两种基因型对应的小麦品种农艺性状之间的差异,因此推测,TaGS5-A1基因启动子上游碱基G的插入可能在基因型为TaGS5-A1a的小麦品种中比在基因型为TaGS5-A1b的小麦品种中发挥了更重要的作用。6.通过对小麦种子5个不同发育时期以及植株不同组织器官进行荧光定量分析,发现TaGS5-A1b-b基因型的相对表达水平在小麦种子的各个发育时期均显著高于TaGS5-A1b-a基因型。由于基因型为TaGS5-A1b-b的小麦品种显示出更高的千粒重,因此推测,TaGS5-A1基因的高表达量与普通小麦的千粒重呈正相关。进一步研究发现,TaGS5-A1基因在不同组织器官如根、茎、叶中均表达,且在茎和叶的相对表达量显著高于根中的表达量。7.通过同源克隆方法分别从普通小麦染色体A组、B组和D组上克隆了株型有关的TaTAC1-A1基因、TaTAC1-B1基因和TaTAC1-D1基因,该基因主要由4个外显子和3个内含子组成。染色体定位发现,该基因位于5号染色体上。进一步研究发现,部分品种在TaTAC1-A1基因启动子上游-419 bp的位置拥有一段长为242 bp的插入,以此为基础开发功能性标记;TaTAC1-B1基因启动子上游也发现一些插入、缺失及SNP的等位变异。TaTAC1-D1基因未发现任何核苷酸的多态性。8.TaTAC1等位变异与农艺性状的关联分析发现,与基因型为TaTAC1-A1b的小麦品种相比,基因型为TaTAC1-A1a的小麦品种具有较多的分蘖数,较大的旗叶夹角和较大的旗叶扩张角。同时,与基因型为TaTAC1-B1b的小麦品种相比,基因型为TaTAC1-B1a的小麦品种也具有较多的分蘖数,较大的旗叶夹角和较大的旗叶扩张角。进一步分析TaTAC1-A1和TaTAC1-B1基因等位变异发现,优良基因型之间表现出加性遗传效应。9.研究TaTAC1基因在不同逆境胁迫条件下的相对表达水平发现,TaTAC1-A1基因和TaTAC1-B1基因在干旱(PEG 6000模拟干旱)和盐(NaCl)胁迫条件下相对表达水平均呈直线上升,而在高温(42℃)与低温(4℃)条件下相对表达水平均呈现先高后低的趋势。因此推测,TaTAC1基因可能对干旱和盐胁迫积极响应。10.利用TILLING技术筛选出TaTAC1-A1基因表达提前终止的沉默突变体,通过表型分析发现,突变体的分蘖数、旗叶夹角、旗叶扩张角都显著小于野生型。此结果与TaTAC1等位变异与农艺性状的关联分析结果相吻合。