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The tagw2‐TaSPL14 module regulates the trade‐off between tiller number and grain weight in wheat

Journal of Integrative Plant Biology 2024年第9期66卷 1953-1965页

作者： Chao Jian Yuxue Pan Shujuan Liu Mengjiao Guo Yilin Huang Lina Cao Weijun Zhang Liuling Yan Xueyong Zhang Jian Hou Chenyang Hao Tian Li State Key Laboratory of Crop Gene Resources and Breeding Institute of Crop SciencesChinese Academy of Agricultural SciencesBeijing 100081China Crop Research Institute Ningxia Academy of Agriculture and Forestry SciencesYinchuan 750002China Department of Plant and Soil Sciences Oklahoma State UniversityStillwaterOklahoma 74078USA

IDEAL PLANT ARCHITECTURE1(IPA1)is a pivotal gene controlling plant architecture and grain ***,little is known about the effects of Triticum aestivum SQUAMOSA PROMOTER‐BINDING‐LIKE 14(TaSPL14),an IPA1 ortholog in wheat,on balancing yield traits and its regulatory mechanism in wheat(*** L.).Here,we determined that the *** GRAIN WIDTH2(tagw2)‐TaSPL14 module influences the balance between tiller number and grain weight in *** of TaSPL14 resulted in a reduced tiller number and increased grain weight,whereas its knockout had the opposite effect,indicating that TaSPL14 negatively regulates tillering while positively regulating grain *** further identified tagw2 as a novel interacting protein of TaSPL14 and confirmed its ability to mediate the ubiquitination and degradation of *** on our genetic evidence,tagw2 acts as a positive regulator of tiller number,in addition to its known role as a negative regulator of grain weight,which is opposite to ***,combinations of TaSPL14‐7A and tagw2‐6A haplotypes exhibit significantly additive effects on tiller number and grain weight in wheat *** findings provide insight into how the tagw2‐TaSPL14 module regulates the trade‐off between tiller number and grain weight and its potential application in improving wheat yield.

关键词： grain weight tagw2 TaSPL14 tiller number wheat

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小麦粒重相关基因tagw2的单倍型分析及其农杆菌介导的遗传转化体系优化

小麦粒重相关基因TaGW2的单倍型分析及其农杆菌介导的遗传转化体...

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作者：郑冠鹏西北农林科技大学

学位级别：硕士

小麦是我国最主要的粮食作物之一,小麦的产量、品质、安全性等因素直接影响着我国的粮食安全和社会稳定。粒重作为产量构成因素之一,一直是育种家重点关注的方面之一。随着多年来育种工作的发展,传统育种技术已很难取得跨越式的发展。自... 详细信息

小麦是我国最主要的粮食作物之一,小麦的产量、品质、安全性等因素直接影响着我国的粮食安全和社会稳定。粒重作为产量构成因素之一,一直是育种家重点关注的方面之一。随着多年来育种工作的发展,传统育种技术已很难取得跨越式的发展。自1992年Vasil获得第一株转基因植物以来,对各种粮食作物、经济作物的转基因工作逐渐成为热门。但目前小麦的转基因技术仍然发展缓慢。尤其是近年来,人们对转基因食品的安全性日益关注,我国也对无筛选标记转基因作物的研究提出了新的要求,这对小麦的转基因技术提出了更大的挑战。本研究以粒重相关基因tagw2为目标基因,针对目前小麦组织培养困难和筛选标记难以去除的问题,进行了tagw2基因的单倍型分析、转基因载体构建和遗传转化研究,取得以下结果:1、在361份材料中共筛选了 54份大粒材料,并对tagw2基因进行了单倍型分析。共检测到了 6种单倍型,且发现中麦895和许科316的tagw2-6AS在976与977位之间发生了 T碱基的插入,导致了该基因在987位的读码终止。在对第7内含子的测序中,检测到6BS中有3种单倍型,在该内含子的459、478、594、679、821bp处具有多态性;6DS检测到2种单倍型,在该内含子的709和713bp处具有多态性2、利用同源克隆的方法,在大粒材料“品冬34”中克隆到了提前终止的tagw2基因,并将该基因成功构建在了三个植物表达载体中:PCXSN-tagw2、DRB-bar-tagw2和PTCK303mm-tagw2,其中PCXSN-tagw2为含潮霉素筛选标记的载体,DRB-bar-tagw2为含除草剂抗性的双右边界载体,PTCK303mm-tagw2为无筛选标记载体。3、选用小偃22、Z50和郑麦366为受体材料,进行了幼胚组织培养和农杆菌介导的遗传转化,并针对褐化和水渍化现象进行了培养体系优化。其中小偃22和Z50在供试的三个品种中具有较高的出愈率。小偃22在幼胚遗传转化的抑菌阶段,褐化程度最低。在抑菌阶段培养基中添加硫辛酸,可有效降低愈伤组织的褐化程度,但硫辛酸的添加会显著提高愈伤组织水渍化的程度,导致愈伤组织再生困难。甜菜碱的添加可降低愈伤组织水渍化程度,且能降低Z50愈伤组织褐化程度,但会提高小偃22愈伤组织褐化的程度。4、选用小偃22为受体材料,对其进行了成熟胚组织培养和农杆菌介导的遗传转化,并研究了不同接种方式和不同培养基对愈伤组织形态的影响,结果表明,切胚出愈速度较刮胚更快,但二者15天的出愈率差异并不显著;在诱导培养基中添加0.1mM以上的硫辛酸会降低成熟胚的出愈率;在抑菌阶段添加0.1mM硫辛酸可降低切胚愈伤组织的褐化程度,并降低愈伤组织水渍化的程度;在诱导培养基中添加5mg ·L-1的硝酸银可提高刮胚愈伤组织的出愈率。综合而言,采用刮胚、在诱导阶段添加5mg ·L-1 AgN03,愈伤组织颜色浅黄,水渍化现象较轻,有利于愈伤组织的继续生长。

关键词：小麦粒重 tagw2 单倍型分析遗传转化

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小麦粒重基因tagw2的克隆、原核表达及分子标记的开发

小麦粒重基因TaGW2的克隆、原核表达及分子标记的开发

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作者：杨子博西北农林科技大学

学位级别：硕士

小麦是我国主要的粮食作物，其产量的提高对全国乃至世界范围内的粮食安全具有重要意义。而传统育种方法提高小麦产量的幅度有限，从产量形成要素的分子方面进行改良以大幅度提高小麦产量逐渐成为育种家研究的重点。粒重是产量形成要素... 详细信息

小麦是我国主要的粮食作物，其产量的提高对全国乃至世界范围内的粮食安全具有重要意义。而传统育种方法提高小麦产量的幅度有限，从产量形成要素的分子方面进行改良以大幅度提高小麦产量逐渐成为育种家研究的重点。粒重是产量形成要素的重要方面，对小麦粒重性状的研究主要集中在对其QTL的挖掘上，而对其主效QTL的分离还鲜有报道。本研究以中国春、兰考大粒为材料，利用水稻GW2基因以及其它近缘物种的同源基因，结合小麦的EST序列，设计特异引物进行基因克隆及功能验证，取得如下研究结果： 1.获得了小麦中tagw2基因编码区的三个同源cDNA序列，其中每一序列全长1275bp,编码424个氨基酸,在61～103位氨基酸处为一RING结构域，该结构域使tagw2基因具有泛素连接酶的活性。序列比对发现三个序列之间的差异不大。通过对中国春和兰考大粒之间各序列比对分析，发现兰考大粒中一个tagw2基因序列的第8外显子977bp处有一T碱基的插入，导致序列编码框发生改变，在984bp处提前出现终止子TAG，最终编码328个氨基酸。 2.构建了兰考大粒中突变tagw2基因及中国春该基因的原核表达载体pET32a-tagw2-LK和pET32a-tagw2-CS，并在大肠杆菌表达菌株Rosetta-gami B(DE3)中经IPTG诱导表达，SDS-PAGE检测表达产物。其中兰考大粒突变的tagw2等位基因表达了37.1KD大小的蛋白，而中国春tagw2基因表达的蛋白大小为47.3KD,这与我们所预测的结果一致,进一步确定了兰考大粒中tagw2基因突变位点的存在。 3.针对兰考大粒中tagw2基因的突变位点，设计了4组AS-PCR标记，并在两个品种中筛选出多态性好的3组标记。用其中一组标记以及第六套中国春缺体-四体系将突变的tagw2基因定位到小麦6A染色体上。 4.以兰考大粒与中国春为亲本构建F2群体327个单株，用所开发的标记分析各单株的基因型，其中有TT基因型75株，Tt基因型184株，tt基因型68株。构建F2:3群体327个株系，调查三个环境下籽粒的产量性状。基因型与表型的关联分析显示，T插入突变与籽粒的表型相关，能够显著增加粒宽和粒重，其中TT基因型籽粒比tt基因型籽粒宽0.18mm，千粒重高3.94g。 5.利用所开发的标记在另外22个小麦品种中又检测到两个含有突变tagw2基因的品种，四川大粒和皖麦38，这两个品种都表现出较大的籽粒。对这两个品种的tagw2基因进行克隆测序，测序结果与标记分析结果一致。本研究结果表明tagw2基因负调控小麦籽粒的发育，其可能与水稻GW2基因有相同的作用机制。所开发的标记稳定可靠，能够用于小麦分子标记辅助育种中，为小麦的高产分子育种提供有效的选择工具。

关键词：小麦 tagw2 基因原核表达 AS-PCR 标记

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tagw2在JM22遗传背景下遗传效应的研究

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高原农业 2022年第2期6卷 116-121页

作者：央金拉姆刘祥玺冯浩铭普布石达冯西博西藏农牧学院植物科学学院西藏林芝860000

tagw2基因是控制籽粒性状的基因。本研究旨在将大粒亲本YM8679在6A染色体上的粒重增效tagw2基因(AA)导入到JM22中(aa),研究该基因在JM22背景下的遗传效应。本研究通过常规回交育种和结合分子标记辅助选择(MAS)方法,通过SSR带型结合籽粒... 详细信息

tagw2基因是控制籽粒性状的基因。本研究旨在将大粒亲本YM8679在6A染色体上的粒重增效tagw2基因(AA)导入到JM22中(aa),研究该基因在JM22背景下的遗传效应。本研究通过常规回交育种和结合分子标记辅助选择(MAS)方法,通过SSR带型结合籽粒表型判断tagw2基因是否导入且稳定性表达。结果如下:对211个单株进行检测后发现,带有YM8679AA基因型有25个单株,带有aa基因型的186个单株;带有AA基因型的平均千粒重显著高于带有aa基因型的平均千粒重,说明YM8679的tagw2基因已导入JM22。籽粒表型相关分析表明,在冬播环境下,千粒重与粒长和粒宽均呈极显著正相关。相对于粒长性状,粒宽与千粒重的相关系数更大,tagw2基因影响千粒重主要通过影响粒宽来实现。

关键词：回交育种小麦千粒重分子标记 tagw2

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小麦新品种烟农1212产量及抗旱相关基因表达分析

小麦新品种烟农1212产量及抗旱相关基因表达分析

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作者：张凯烟台大学

学位级别：硕士

小麦作为重要经济粮食作物。现阶段自然灾害的频发、耕地的减少和种植人员的大量流失,使小麦的产量越来越满足不了人类的需求,所以小麦的种质改良已经成为现阶段小麦研究的主要方向。现阶段小麦的品种改良主要依靠传统育种技术,由于周... 详细信息

小麦作为重要经济粮食作物。现阶段自然灾害的频发、耕地的减少和种植人员的大量流失,使小麦的产量越来越满足不了人类的需求,所以小麦的种质改良已经成为现阶段小麦研究的主要方向。现阶段小麦的品种改良主要依靠传统育种技术,由于周期长、工作量大、且易受外界环境因素的影响,严重阻碍了小麦育种的进度。随着分子生物学技术的迅速发展,利用前沿分子生物技术对调控小麦产量基因和抗逆性状的有益基因进行鉴定和遗传操作,对小麦的种质改良具有重要意义。小麦新品种烟农1212由山东省烟台市农业科学研究院选育,具有高抗病性、超高产潜力、广泛地域适应性等特点。由于其是传统育种方法选育而成,除了其高产、抗逆性强等优良性状表型外,对其分子层面的理论基础和高产、高抗逆性的作用机理研究了解甚少,在很大程度上限制了该品种作为优良种质资源的利用。本实验对烟农1212、济麦22、烟2415、烟农999、烟农15、圣麦127、郑麦9023、恒进麦8号、平安11号这9个优异小麦品种进行了tagw2-A/B/D克隆测序,经过比对发现品种间的序列差异,并结合千粒重数据进行了关联分析。同时,对新品种烟农1212和对照品种济麦22与产量及抗逆相关的4个重要基因(tagw2、TaGS1、BADH、DREB)进行了荧光定量分析,得到主要结果如下:(1)成功克隆得到烟农1212及济麦22、烟2415、烟农999、烟农15、圣麦127、郑麦9023、恒进麦8号、平安11号8个对照品种的tagw2-A/B/D基因的基因组序列(除第6内含子部分序列)。(2)通过比对9个小麦品种tagw2基因的突变位点,发现小粒和中粒品种的突变点个数为0至3个(除烟2415外),而大粒的品种恒进麦8号与平安11号为5至6个。突变导致tagw2基因功能的丧失,与产量性状相对应,且在籽粒发育时期表达量变化巨大,从而推测tagw2基因为小麦产量密切相关的主效负向控制基因。tagw2基因功能的差异可能是导致这9个品种千粒重差距的重要因素之一。(3)烟农1212、烟农999中的tagw2基因在没有发生功能丧失突变的情况下依然表现出优异的产量性状,说明可能受其他产量调控有益基因共同控制。因此,对烟农1212与烟农999的tagw2基因进行丧失功能的遗传操作如基因编辑,可能会进一步发挥他们的产量潜力。(4)通过对比烟农1212与济麦22的tagw2基因表达发现,tagw2-D基因的表达量显著高于tagw2-A基因和tagw2-B基因的表达量,说明tagw2-D基因对产量的抑制作用高于tagw2-A基因和tagw2-B基因。(5)TaGS1a基因在籽粒发育时期表达量变化巨大,推测TaGS1a基因与籽粒发育存在密切联系;在籽粒发育时期TaGS1a基因的表达烟农1212高于济麦22,说明烟农1212在籽粒发育时期对氮元素的利用高于济麦22,烟农1212为更优异的种质资源。(6)在经过干旱处理后的烟农1212和济麦22植株中皆出现了BADH基因与DERB基因大量表达,推测两个基因与小麦抗旱性关系密切;同样处理下的烟农1212的BADH基因与DERB基因表达量高于济麦22,与烟农1212的高抗逆性相吻合。

关键词：小麦产量抗旱 tagw2 BADH

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