小麦粒重相关基因TaGW2多样性及其分子标记研究

粒重是重要的产量性状，水稻OsGW2基因调控籽粒大小、粒重及产量，在高产育种上具有重要的应用价值。本课题组已从小麦大粒品种cDNA中成功克隆了其同源基因TaGW2，与OsGW2的氨基酸序列相似性达到88%，基因表达分析推测TaGW2与小麦籽粒大小及粒重密切相关。本研究在已获得小麦TaGW2同源基因cDNA和gDNA序列基础上，拟通过比较基因组学和关联分析技术，解析小麦3个TaGW2部分同源基因的核苷酸多态性及其与籽粒大小、粒重的关系，并开发相关的分子标记；通过筛选中国春BAC文库，克隆与分析小麦TaGW2基因启动子序列，明确其差异对基因表达量的影响，阐明TaGW2同源基因在小麦粒重形成中的作用，为今后小麦高产分子育种提供分子标记。

粒重是小麦产量的三要素之一。克隆小麦粒重基因、开发功能标记并研究其作用机理对小麦高产分子育种具有重要意义。水稻OsGW2基因调控籽粒大小、粒重及产量，在高产育种上具有重要的应用价值。本项目从小麦中克隆了水稻粒重GW2的同源基因TaGW2，中国春缺四体及双端体将该基因定位在小麦第6同源群。TaGW2基因多样性分析表明，不同粒重小麦品种编码区序列高度保守，在现有育种群体中TaGW2对小麦粒重的调控与编码区序列无关，与启动子区序列差异有关。利用BAC测序结合Tail-PCR方法，获得TaGW2-6A、TaGW2-6B及TaGW2-6D上游~2.9Kb的序列，不同粒重材料间序列比对发现，A基因组上存在8个单核苷酸多态性位点（SNP位点），形成2种单元型；B基因组上存在11个SNP位点，形成4种单元型；D基因组未发现差异。这表明TaGW2-6B基因启动子区域序列多态性高于TaGW2-6A，而TaGW2-6D调控区无多态性。基于TaGW2-6A、TaGW2-6B启动子区序列多态性，开发了简便、实用的TaGW2-6A-CAPS和TaGW2-6B-ACAS-PCR、TaGW2-6B-CAPS、TaGW2-6B-dCAPS分子标记。候选基因关联分析表明单元型Hap-6A-A和Hap-6B-1与高千粒重相关。这些标记能准确区分大粒型、小粒型单元型，可作为千粒重选择的有效标记。应用这些标记扫描我国262份小麦微核心种质、348份现代育成品种和384份欧洲引进材料，基因型分析显示TaGW2-6A和TaGW2-6B不同单元型在地理分布、年份间存在差异，优异单元型在我国现代育成品种中较地方品种出现频率显著提高，高粒重单元型Hap-6A-A在我国和欧洲小麦育种过程中经历了不同强度的选择压，而Hap-6B-1选择强度一致。围绕TaGW2基因多样性及其分子标记开发与应用，本项目在国际刊物发表相关研究论文3篇，授权国家发明专利1项，培养博士研究生1名。