BrTRG1调控不结球白菜分蘖形成的分子机制

Increasing tillering number is one of the most important ways to improve plant architecture and yield production in non-heading Chinese cabbage (Brassica rapa ssp. Chinensis Makino). We first carried out the researches on the QTL mapping of tiller trait in non-heading Chinese cabbage, and identified a major QTL, QTL-TillerA09, located on chromosome A09 based on the genetic mapping and Bulk Segregant Analysis (BSA) in a F2 population. We identified a candidate tiller related gene BrTRG1 in QTL-TillerA09. BrTRG1 belonged to the GRAS gene family, in which OsMOC1 plays a key role in rice tiller control. In tiller parent, a Del-42 bp in promoter of BrTRG1 would cause the higher expression level during tillering. In this study, we will firstly confirm the function of BrTRG1 and the key variation in its promoter by genetic transformation. Analysis of gene expression, observation of subcellular location and in-situ hybridization will be employed to characterize the function of BrTRG1 in tiller controlling. Meanwhile, we try to explore the functional position of BrTRG1 in hormone signal pathways via applying hormone and detecting the expression of hormone related genes based on RNA-seq analysis of F2 parents. Finally, these results will help us to enrich the knowledge of molecular regulation network of tillering and provide us molecular tools for plant architecture and yield improvement breeding in non-heading Chinese cabbage.

增加分蘖数目是不结球白菜株型改良和增产的一种重要形式。本项目组在国内率先开展了不结球白菜分蘖性状的QTL定位研究，基于F2分离群体作图和混池测序，在A09染色体上定位了一个控制分蘖数目的主效QTL-TillerA09，并筛选获得了与分蘖密切相关的候选基因BrTRG1，该基因与水稻分蘖控制基因MOC1高度同源，均属GRAS基因家族。基于表达模式和序列比对结果推测，分蘖材料中BrTRG1启动子区42bp的缺失是基因表达上调、分蘖数增加的主要原因。本项目将通过转基因确证BrTRG1是控制分蘖的关键基因；构建GUS载体，通过遗传转化证实启动子区42bp的缺失是基因功能变异的关键；基于亚细胞定位和原位杂交等探讨BrTRG1在腋芽发育中的表达模式；通过激素施加和转录组测序等研究该基因在激素信号通路中的功能位置。研究结果将进一步丰富植物分蘖分子调控网络的认识，也为白菜的株型和产量性状改良提供理论依据。

不结球白菜是我国周年生产与供应的主要蔬菜种类之一。增加分蘖数目是不结球白菜株型改良和增产的一种重要形式。因而，深入研究白菜分蘖的分子基础及其调控机制，对于白菜品种改良和栽培管理都具有极其重要的意义。本项目基于多分蘖亲本京水菜和不分蘖亲本黑叶白菜构建的F2分离群体，采用传统QTL定位和BSA-seq测序相结合的方法，在不结球白菜A09染色体上定位了一个控制分蘖数目的主效QTL-qSBA09，通过进一步的图位克隆获得了分蘖控制关键基因BrTRG1。利用拟南芥转基因验证了BrTRG1在调控植物分蘖形成过程中的功能，该基因在分蘖形成过程中发挥正向调控作用；同时我们还对BrTRG1的表达模式和亚细胞定位进行了分析，结果显示BrTRG1在腋芽中的表达水平最高，BrTRG1蛋白定位于细胞核上。此外，我们对BrTRG1的功能变异位点进行了鉴定，表达水平和序列比对结果显示，分蘖材料中BrTRG1启动子区序列变异是不结球白菜分蘖发生差异的关键变异位点。启动子活性分析显示，分蘖亲本中BrTRG1的启动子活性显著高于不分蘖亲本，进一步证实BrTRG1启动子差异是导致植物分蘖表型差异的关键因素；基于启动子序列差异开发的功能型Indel分子标记可以应用于分子标记辅助选择育种。因此，我们的工作筛选并鉴定了一个不结球白菜分蘖调控关键基因，研究结果为进一步丰富植物分蘖分子调控网络的的认识，也为白菜的株型和产量改良提供了理论依据。