小麦粒重主效QTL的精细定位及候选基因克隆和功能鉴定

Kernel weight is one of the key traits to develop breed high-yielding wheat varieties. Two major QTL controlling thousand kernel weight (TKW) on wheat chromosome 6A, which can be detected in multiple environment, have been identified by using recombinant inbred lines (RILs) derived from two wheat lines (ND3488 and ND459) with different kernel weight in our previous study. The purpose of this study is to fine map these two major QTL and to identify candidate genes in QTL region. Furthermore, transgenic analysis strategy will be used to characterize the function of candidate genes. To give an insight into the underlying mechanism of kernel weight, near-isogenic lines (NILs) of candidate genes will be selected for differential expression pattern, comparative transcriptomics and endosperm development analysis. In addition, the breeding value of these QTL/genes will be also analyzed in detail.

粒重是小麦高产育种的关键性状之一。我们已利用粒重有显著差异的小麦品系ND3488（大粒）和ND459(小粒)构建的重组近交系群体，在6A染色体上检测到2个控制粒重的主效QTL。本研究拟通过高级分离群体对2个主效QTL进行精细定位，克隆控制粒重的候选基因并进行转基因功能验证。在此基础上，利用候选基因的近等基因系进行表达模式、转录组差异表达谱及籽粒发育的细胞学特性分析，初步解析和阐述候选基因调控籽粒发育的作用机理。另外，还将对粒重QTL/基因的育种利用价值进行系统评价，以期为粒重的分子遗传改良奠定基础。

千粒重是小麦产量的重要构成因素，解析其形成的遗传和分子基础将有助于提高产量设计育种的效率。本项目对位于小麦6A染色体上的两个粒重主效QTL进行了精细定位、候选基因克隆和利用价值分析。首先，采用近等基因系将QTgw.cau-6A.1定位到小于0.538 cM的区间内，并鉴定出一个与水稻粒重基因GW2同源的TaGW2-6A稀有等位等位变异。 与小粒亲本京411中的等位基因相比，大粒亲本豫麦8679中该基因转录起始位点的缺失导致了启动子活性和表达水平显著降低。田间实验结果显示，该稀有等位变异在提高千粒重的同时降低了穗粒数，但是单穗粒重和单株粒重有显著增加，可用于小麦产量分子遗传改良。研究还发现，该基因所在区段杂合子在单穗粒重上表现为超显性效应，在杂交小麦育种中可能有较大的利用价值。另外，我们获得了QTgw-cau-6A.2区段内的粒重候选基因TaGL2。该基因在大粒亲本中的表达水平明显高于小粒亲本，并且其超表达株系的粒重等性状明显高于野生型，但是穗粒数较野生明显减少。综上所述，我们鉴定出的粒重候选基因进一步丰富了对小麦千粒重形成机理的认识，是粒重遗传改良的潜在靶基因。