小麦旗叶宽基因TaFlw1的饱和作图和候选基因克隆

Given the importance of wheat as a staple food, improvement of yield potential is one of the main goals of wheat breeding programs. As a principle organ in wheat, leaf is involved in many fundamental physiological functions such as photosynthesis and transpiration. The flag leaf is generally regarded as the major source of the carbohydrates stored in grains. The morphological traits of flag leaf such as size and shape have been considered to be the important determinants of grain yield potential in wheat. A previous study using a secondary segregating population created with near-isogenic lines has fine mapped TaFlw1, a gene conditioning flag leaf width on chromosome 5AL, to a 0.2-cM chromosomal interval. To clone and effectively utilize this gene, we plan to construct a saturated genetic map of TaFlw1 region by identifying the new markers and screening the recombinants. Meanwhile, the molecular markers more closely linked to TaFlw1 are used to screen the wheat genomic library, and the positive BAC clones are aligned to construct the contig, which will cover the TaFlw1 region. After sequencing the contig, the candidate gene of TaFlw1 will be obtained through bioinformatics analysis along with haplotype analysis. The TaFlw1 gene is the first one that has been identified, mapped and named by our lab. This research will provide a foundation for better understanding of the genetic mechanisms regulating source-sink relationship, and for genetic improvement of the leaf architecture and yield potential of wheat.

小麦是一种重要的粮食作物，提高其产量潜力是小麦育种的主要目标之一。叶片是小麦的重要器官，涉及到光合作用、蒸腾作用等基本的生理学功能。其中旗叶被认为是籽粒中碳水化合物积累的主要来源，旗叶的大小和叶形等形态性状是籽粒产量潜力的一个重要决定因素。在前期研究中，利用近等基因系衍生的次级分离群体将位于小麦5AL染色体上的旗叶宽主效基因TaFlw1精细定位到0.2-cM的染色体区间内。为了克隆和更好地利用该基因，我们拟通过新标记发掘、重组体筛选等途径构建TaFlw1基因区域的饱和遗传图谱；同时，利用与TaFlw1更紧密连锁的分子标记筛选小麦基因组文库，构建该基因区域的BAC克隆重叠群并测序，通过生物信息学分析结合单倍型分析获得TaFlw1候选基因。TaFlw1基因是申请人所在实验室率先发现、定位并命名的。本研究对阐明小麦"源-库"关系，改良小麦叶型，提高小麦产量潜力具有十分重要的意义。

小麦是世界上最重要的粮食作物之一，养活了世界上约40%的人口。小麦产量是一个复杂的性状，不仅受到粒重、穗粒数、穗数等产量三要素的直接影响，还与其它方面密切相关，比如光合产物的积累和运输。其中，最顶层旗叶的光合产物占所有光合产量的45-58%，产生的碳水化合物对籽粒灌浆的贡献为41-43%，对籽粒产量的形成起着十分关键的作用。在前期研究中，一个控制小麦旗叶宽的主效QTL被定位到5AL染色体上，并被命名为TaFLW1。为了进一步精细定位该基因，本研究共开发了53对多态性标记对TaFLW1区域进行了饱和作图，标记间的平均遗传距离仅为0.02 cM。同时，从两个8000株以上的近等基因系衍生的次级F2分离群体中筛选到73个关键重组体，并进行了3个环境的表型鉴定，最终将TaFLW1精细定位到相距仅0.03 cM的Xwgrb1356-Xwgrb1619区间。构建了窄旗叶亲本望水白的基因组文库，并利用与TaFLW1共分离的分子标记筛选文库，构建了一个约0.6 Mb的BAC克隆重叠群。然而，根据最新公布的小麦基因组参考序列信息，TaFLW1所在区间的物理长度约为32.94 Mb，很难通过染色体步移法构建一个完整的克隆重叠群。因此，本研究又利用Illumina测序平台对窄旗叶亲本望水白，宽旗叶亲本绵阳99-323进行了重测序，并截取TaFLW1区域的序列进行denovo拼接、基因注释和差异比较分析，最终获得了两个TaFLW1的关键候选基因。此外，本研究还利用与TaFLW1紧密连锁或共分离的分子标记对小麦微核心种质群体进行了单倍型分析。上述研究将为TaFLW1基因的有效利用和通过遗传工程改良小麦叶型，提高小麦产量潜力提供基础。