小麦苗期侧根数目主效QTL（QLrn5D）的克隆与功能研究

Lateral root number (LRN) is a major determinant of root architecture, and plays an important role in absorbing water and nutrients and adapting to soil environment. A major QTL controlling the seedling lateral root number on wheat chromosome 5D (QLrn5D) has been identified by using recombinant inbred lines (RILs) derived from a common wheat (TAA10) and a synthetic allohexaploid wheat (XX3329) with different LRN. The purpose of this study is to fine map the major QTL by the segregation population derived from the residual heterozygouslines (RHLs) and to identify candidate genes in the QTL region. Furthermore, transgenic analysis will be used to characterize the function of candidate genes. In addition, the near-isogenic lines (NILs) and transgenic lines of candidate genes will be used for abiotic stress (i.e. drought and nutrient stress) treatment, and to systematically evaluate the breeding value of the QTL/gene controlling lateral root number, which could provide the theoretical basis of molecular genetic improvement for wheat lateral root traits.

侧根数目是决定小麦根系构型的主要因素之一，对小麦吸收水分和养分以及适应土壤环境起着重要作用。申请人以普通小麦TAA10（侧根数目少）和人工合成六倍体小麦XX329（侧根数目多）构建的高代重组近交系为材料，在5D染色体上检测到一个控制苗期侧根数目的主效QTL（QLrn5D）。拟在此基础上通过剩余杂合系衍生的次级分离群体对该主效QTL进行精细定位，克隆控制苗期侧根数目的候选基因以及转基因功能验证。另外，将利用主效QTL/基因的近等基因系和转基因小麦株系进行非生物逆境胁迫（如干旱和营养胁迫）处理，系统地评价侧根数目QTL/基因的育种应用价值，以期为小麦侧根相关性状的分子遗传改良提供理论依据。

小麦是世界上种植最为广泛的口粮作物，干旱是限制小麦生产力的主要胁迫因素，提高水分吸收能力是提高作物抗旱性的有效途径，而侧根作为小麦根系吸收水分的重要组成部分，对适应干旱胁迫环境发挥着重要作用。本研究以普通小麦TAA10和人工合成六倍体小麦XX329构建的高代重组近交系为材料，在5D染色体上检测到一个控制苗期侧根数目的主效QTL（QLrn5D）。在此基础上，利用双亲衍生的回交群体构建的近等基因系对QLrn5D进行精细定位及抗旱性研究，主要结果如下：①利用亲本TAA10和XX329的基因组重测序信息，设计并筛选多态性分子标记，对QLrn5D位点区间遗传图谱进行标记加密，进而对QLrn5D位点进行重新定位，可解释侧根数目变异8.4 %，且苗期侧根数目QTL的增效等位基因来自TAA10，进一步证实了QLrn5D真实可靠性。利用回交群体衍生的次级分离群体，筛选出了QLrn5D区间内不同类型的交换单株，并对其苗期侧根数目进行后代测验比较分析，将QLrn5D区间缩小到标记gwm190和5D53之间，物理距离为12.86 Mb。QLrn5D位点遗传效应分析结果发现与5D-相比，5D+的分蘖数、穗粒数、千粒重和单株产量均有显著增加。在精细定位的基础上，利用与QLrn5D紧密连锁的分子标记5D48对粗山羊草和普通小麦进行基因分型，结果表明XX329等位变异类型是来自粗山羊草的特异等位变异类型。②利用回交群体衍生的近等基因系对QLrn5D位点的抗旱性进行研究，与近等基因系5D-相比，随着干旱胁迫时间延长，近等基因系5D+萎蔫程度更小；测定干旱胁迫后各项生理生化指标，结果显示近等基因系5D+相较于近等基因系5D-较为抗旱；5D+具有较高的千粒重和单株产量。上述研究结果为小麦侧根相关性状的分子遗传改良提供理论依据，对改良小麦品种的抗旱性具有重要意义。