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农学院宋喜悦教授团队在“两系”杂交小麦育性恢复基因的发掘与研究中取得新进展
发布日期:2021-01-08  |  阅读次数:

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1月03日,农学院宋喜悦教授团队在《Theoretical and Applied Genetics》在线发表了题为“Identification and Validation of Genetic Locus Rfk1 for Wheat Fertility Restoration in the Presence of Aegilops kotschyiCytoplasm”的研究文章。该研究结果将有助于深入探索K型细胞质温敏雄性不育小麦育性恢复的分子机制,并为植物CMS育性恢复基因的功能做出重要补充。西北农林科技大学在读硕士研究生陈彦儒和已毕业硕士研究生贾雨林为论文共同第一作者,西北农林科技大学宋喜悦教授、张玲丽副教授为共同通讯作者。

小麦是重要的粮食作物。随着世界人口的不断增长和耕地面积的日益缩减,提高小麦产量对全球粮食需求安全具有重要意义。利用杂种优势是提高小麦产量的最有效途径之一,而小麦细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility, CMS)是利用该途径的重要手段。在众多CMS 类型中,粘果山羊草(Aegilops kotschyi)细胞质背景下的小麦温敏雄性不育(TCMS-K)类型因具有育性转换明显、转换临界温度高、不育性彻底、恢复源广等突出优点,使其在小麦杂种优势利用中具有重要的研究价值与应用前景。

该研究以小麦TCMS-K系KTP116A,其同型保持系TP116B,以及携带一对显性恢复基因(Rfk1Rfk1)的恢复系LK783为材料,构建BC1F1回交定位群体。通过集团分离分析法(BSA, Bulked Segregant Analysis),并结合转录组测序(RNA-seq)和KASP(Kompetitive allele-specific polymerase chain reaction)基因分型技术等,对小麦TCMS-K育性恢复遗传位点Rfk1进行了精细定位。根据简单重复序列(SSR)和单核苷酸多态性(SNP)基因分型的结果,最终将该恢复位点定位在小麦1B染色体短臂上,位于标记Xnwafu_6和Xnwafu_1B32约26.0 Mb的物理候选区间内。通过对候选区间内花药差异表达基因的筛选与鉴定,揭示TraesCS1B02G197400LC为Rfk1最可能的候选基因。该基因编码的蛋白质包含一个保守的PMEI_like结构域,属于果胶酯酶超级家族基因,其可能参与了果胶的代谢途径,进而影响TCMS-K小麦的雄性育性,该发现对于植物CMS育性恢复基因的功能注释给予了重要补充;同时根据其基因结构特征,开发了相应的标记Xnwafu_4,该标记可用于育性恢复基因的标记辅助选择。

KTP116A为该研究团队创制的TCMS-K小麦,在陕西杨凌、河北石家庄、贵州贵阳及云南元谋等地区正季播种(秋播或冬播),表现完全雄性不育,可用于杂交小麦制种。而在这些地区反季节播种(春播或夏播),表现雄性可育,可自交繁种。该材料一系两用的特性,使其在杂交小麦育种中具有极大的应用潜力。发掘TCMS-K小麦育性恢复的遗传位点及开发相应的分子标记用于标记辅助选择,对于促进小麦杂种优势利用研究和商业化育种具有重要意义。

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网络编辑:yaohu
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