小麦三雌蕊基因Pis1的精细定位

The common wheat line three pistils (TP) has normal spike morphology but produces 3 pistils per floret, it has potential to increase grain unmber per spike. So the TP line has some breeding value and it is a new unique material for the floral development research in wheat. Genetic analysis indicated that the three pistils trait is controlled by a single dominant nuclear gene Pis1. The Pis1 gene is located on the long arm of chromosome 2D, between markers Xgwm539 and Xgwm349. But the genetic distance of the Pis1 gene is too far from Xgwm539 and Xgwm349 to meet the required level of fine map. The main work should be conducted in this program as following: (1) Find out the SRAP markers, which linkage to Pis1 gene, and convert those SRAP markers into SCAR markers. (2) Develop new EST-STS markers, which located in the deletion section of C-2DL3-0.49, based on comparative genomics analysis using wheat-Brachypodium-rice genomic colinearity. And screen out the EST-STS markers, which tightly linkage to Pis1 gene. (3) The fine genetic map of Pis1 gene should be constructed by using SCAR and EST-STS markers and the near isogentic lines populations for three pistils as mapping populations. This work set a firm base for the final cloning of Pis1 gene.

小麦三雌蕊品系（TP）具有3个正常雄蕊和3个可育雌蕊，一朵小花能结三粒种子。因此，TP具有一定的育种学价值，同时也是花发育研究的特异新材料。研究表明小麦三雌蕊性状是受显性核基因Pis1控制，Pis1基因位于2DL染色体上，与SSR标记Xgwm539和Xgwm349连锁。但是Pis1基因距离Xgwm539和Xgwm349较远，尚未达到精细作图的程度。本项目拟（1）开发与Pis1基因连锁的SRAP标记，并将其转化为SCAR标记；（2）利用比较基因组学的方法开发位于小麦C-2DL3-0.49区段内的饱和EST-STS标记，并筛选出与Pis1基因紧密连锁的EST-STS标记；（3）以小麦三雌蕊近等基因系群体为作图群体，利用开发出的SCAR和EST-STS标记，构建Pis1基因的精细图谱。本项目的实施可以为Pis1基因的图位克隆奠定基础。

小麦三雌蕊突变体（TP）具有三个正常雄蕊和3个可育雌蕊，一朵小花能结3粒种子，能显著增加小麦的穗粒数，因此具有一定的育种价值。彭正松等人利用SSR分析已将控制小麦三雌蕊性状的基因Pis1定位到2D染色体的长臂上，位于SSR标记Xgwm539和Xgwm349之间，但是Pis1基因距离Xgwm539和Xgwm349较远，分别为17.6 cM和19.5 cM。要克隆Pis1基因，目前行之有效的方法是采用图位克隆的方式，但图位克隆的前提是对Pis1基因进行精细定位。本项目的目的是对Pis1基因进行精细定位，并对相关基因进行克隆和分析。本项目取得的成果如下：（1）利用GBS测序策略开发SNP标记并构建了小麦的遗传图谱，利用该图谱对Pis1基因进行定位。通过这种方法，我们将Pis1基因定位在GBS-SNP标记M70和M71之间，距离M70 3cM，距离M71 1.1cM。M70和M71之间的物理距离为3.4Mb，编码127个基因。（2）开发出带荧光标签的SRAP标记（FSRAP），以小麦三雌蕊近等基因系MY29TP及MY29×MY29TP杂交的F2群体（共200个单株）为作图群体，利用开发的FSRAP标记构建小麦的遗传图谱。（3）利用RNA-Seq技术分析了小麦雄蕊同源转化为雌蕊突变体中雄蕊（S），雌蕊（P），和雄蕊同源转化的雌蕊（PS）中差异表达基因，发现206个基因与小麦雄蕊和雌蕊发育相关。（4）对小麦雄蕊和雌蕊发育的相关基因TaDL和TaDhn33，发现TaDL基因雌蕊化的雄蕊（PS）和正常雄蕊（P）中表达量很高，但是在雄蕊（S）中表达量很低，因此我们推断该基因可能与小麦雌蕊发育相关。TaDhn33基因在正常雄蕊（S）中表达量最高，部分雌蕊化的雄蕊(pTs)中表达量次之，在完全雌蕊化的雄蕊(cTs)中表达量最低（图10）。推测TaDhn33基因与雄蕊突变成雌蕊性状相关。本研究为图位克隆Pis1基因奠定了基础。