小麦耐盐关键基因HKT1;5的不同染色体上部分同源基因的进化研究

As an allohexaploid crop, modern wheat is distinguished from diploid crops, such as rice and maize. Therefore, homeologs located on A, B and D sub-chromosomes show distinct gene fates and complicated gene interactions during the evolutionary process of wheat. Though HKT1;5 confers wheat the salinity resistant trait, how its homeologs evolve is unknown. Recently, our study demonstrated the genetic sequences, the DNA methylation status and the transcript levels are discriminated among homeologs of HKT1;5 in hexaploid modern wheat. Thus in this project, we will collect multiple wheat germplasms, such as wheat ancestral species, modern wheat lines and nullisomic-tetrasomic lines. Utilizing these germplasms, we will dissect evolutionary fates and interactions among HKT1;5 homeologs from aspects of genetic variation, epigenetic variation, gene expression difference and protein functional difference. Furthermore, we will discern the underlying relationship between wheat salinity resistant trait and evolutionary fates of HKT1;5 homeologs. This study will not only promote our understanding of the vital role of HKT1;5-D in hexaploid wheat salinity resistance, but also exploit the potential of other HKT1;5 homeologs in the improvement of wheat salinity resistance.

不同于水稻等二倍体作物，现代小麦作为异源六倍体，其位于A、B和D染色体组上的部分同源基因在小麦多倍体化等进化过程中，既呈现了不同的基因命运，又存在一定的相互影响。钠离子转运蛋白基因HKT1;5作为小麦耐盐响应的关键基因，其各部分同源基因的进化命运尚不清楚。最近，我们发现六倍体小麦中HKT1;5各部分同源基因的遗传序列、DNA甲基化修饰水平和基因表达模式都存在着不同。本项目拟利用小麦祖先种、六倍体现代种等种质资源和缺体四体系等特殊遗传材料，从遗传变异、表观遗传变异、基因表达差异、编码蛋白功能差异等角度系统分析小麦耐盐关键基因HKT1;5位于不同染色体上部分同源基因的进化命运，探讨这些部分同源基因之间的相互影响，并尝试认识上述两个现象与小麦耐盐性状的关联性，以期加深我们对HKT1;5-D在六倍体小麦耐盐响应中主效作用的认识，并揭示HKT1;5-B1等基因在小麦耐盐性状改良中的潜在价值。

HKT1;5已经被证实为小麦、水稻、玉米等作物耐盐的关键基因。现代小麦作为异源六倍体，其进化过程不同于水稻、玉米等二倍体作物，所以有必要对小麦中HKT1;5的进化命运进行系统梳理。本项目利用小麦祖先种、六倍体现代种等种质资源和缺体四体系等特殊遗传材料，从遗传变异、表观遗传变异、基因表达差异、编码蛋白功能差异等角度系统解析了小麦HKT1;5位于不同染色体上部分同源基因的进化命运，明确了这些部分同源基因之间的相互影响，并通过分析上述两个现象与小麦耐盐性状的关联性，加深了我们对HKT1;5-D在六倍体小麦耐盐响应中主效作用的认识，并揭示了HKT1;5-B1等基因在小麦耐盐性状改良中的潜在价值。