3月2日，四川農(nóng)業(yè)大學小麥研究所/省部共建西南作物基因資源發(fā)掘與利用國家重點實驗室、中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心，美國戴維斯加州大學等單位合作揭示了小麥籽粒顏色與穗發(fā)芽抗性關(guān)系的機制，為解析小麥穗發(fā)芽特性的遺傳學機制、白皮抗穗發(fā)芽小麥育種奠定了基礎，相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《New Phytologist》雜志上。
穗發(fā)芽是禾本科作物大麥、高粱、水稻等成熟但未收獲的籽粒在高濕環(huán)境下穗上發(fā)芽現(xiàn)象。小麥穗發(fā)芽嚴重影響小麥產(chǎn)量與品質(zhì)，我國黃淮麥區(qū)、西南冬麥區(qū)、長江中下游等麥區(qū)是穗發(fā)芽危害頻繁和嚴重的地區(qū)。特別是2016年、2018年江蘇、安徽、四川、湖北、河南、新疆等省暴發(fā)的小麥穗發(fā)芽災害，造成小麥產(chǎn)量與質(zhì)量大幅度下降。小麥籽粒有多種顏色，生產(chǎn)上以白皮和紅皮小麥為主，其中白皮小麥因其皮薄且胚乳相對含量及出粉率高，較受農(nóng)戶和企業(yè)青睞。但是早在100多年前，Nilsson-Ehle就發(fā)現(xiàn)了白皮小麥更容易發(fā)生穗發(fā)芽的現(xiàn)象，之后的大量證據(jù)表明小麥種皮顏色與穗發(fā)芽程度密切相關(guān)，其中白皮小麥更易發(fā)生穗發(fā)芽。
據(jù)王際睿介紹，研究人員對717份中國地方小麥、502份世界主要小麥產(chǎn)區(qū)小麥品種資源的關(guān)聯(lián)分析以及對合成小麥后代的RILs群體抗穗發(fā)芽基因定位后發(fā)現(xiàn)了小麥籽粒顏色調(diào)控因子Myb10-D可能與穗發(fā)芽抗性基因PHS-3D （QPHS.sicau-3D）有關(guān)。隨后，研究人員鑒定到PHS-3D位于小麥3D染色體一個2.4Mb的存在/缺失變異（PAV）區(qū)域內(nèi)，該PAV在小麥自然群體中存在廣泛分布。通過整合抗性材料基因組重測序、轉(zhuǎn)錄組、代謝組等多組學分析結(jié)果，以及對PHS-3D轉(zhuǎn)化材料的功能分析，明確了PHS-3D由控制籽粒顏色的Myb10-D轉(zhuǎn)錄因子編碼。Myb10-D通過同時調(diào)控類黃酮代謝途徑（顏色基因R）與ABA合成途徑（抗穗發(fā)芽基因PHS-3D）實現(xiàn)“一因多效”的作用。PHS-3D通過與ABA合成限速酶NCED啟動子-192到-199區(qū)域SMRE元件結(jié)合，正向調(diào)節(jié)其表達，達到提高種子發(fā)育期ABA濃度的效果。團隊還明確了白粒小麥普遍缺失3D染色體包含Myb10-D基因的2.4Mb區(qū)域。由此，該研究明確了Myb10-D轉(zhuǎn)錄因子同時調(diào)控小麥籽粒顏色與發(fā)芽率的內(nèi)在聯(lián)系，并為下一步白粒抗穗發(fā)芽小麥選育提供了新思路。
四川農(nóng)業(yè)大學博士研究生郎靜、符語昕、畢業(yè)博士周勇為共同第一作者，王際睿教授為通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、四川省科技項目、四川農(nóng)業(yè)大學雙支計劃支持。
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