甘蔗分蘖关键基因的克隆、表达及分子进化研究

Tiller is an important agronomic trait for sugarcane variety and the main component of sugarcane yield trait. Because the research works of tiller related genes mining are lack seriously, the gene exprission, molecular evolution and regulatory mechanism still remain no clear.In order to solve these problems,we plan to refer to the success experience in looking for tiller related genes in other crops , clone their orthologs from sugarcane, and then analyze their gene expression pattern and interaction relationships, elucidate their molecular evolution among different types of sugarcane germplasm resources.Finally,the results obtained will provide valuable information and implication for molecular breeding, gene functional identification, regulatory mechanism of tiller related genes for sugarcane.

分蘖性状是甘蔗品种产量重要的构成因子，通过分蘖性状改良甘蔗品种产量具有重要意义。但是近年来甘蔗分蘖性状研究主要集中在基础评价、分蘖茎的内源激素变化规律和外源生长调节剂促进分蘖的生理机制研究上，对于分蘖性状的分子基础研究还十分缺乏，相关基因的发掘、表达规律、分子进化、分子调控机制等一系列科学问题还未得到解决。鉴于此，本研究拟借鉴近年来其它重要粮食作物在分蘖相关基因克隆和调控机制研究上取得的重要成果和经验，根据分蘖基因在单子叶植物之间的高度保守性，选取水稻分蘖性状代谢途径中起关键调控作用的基因，使用同源基因克隆技术，从甘蔗中克隆出这些关键基因的同源基因，使用实时荧光定量PCR技术研究它们的表达规律和相互调控关系，同时使用分子进化研究手段研究其在甘蔗属不同种、地方品种、骨干亲本和主栽品种之间的分子进化，为甘蔗分蘖性状的分子育种、基因功能鉴定、分子调控机制研究提供理论指导。

分蘖性状是甘蔗品种重要的农艺性状，挖掘调控分蘖性状的关键基因，摸清它们的变异特点，对于甘蔗分蘖性状的分子辅助育种具有重要意义。. 本项目采用电子克隆和RACE技术成功从甘蔗中克隆出与分蘖性状调控密切相关的MOC1通路、独脚金内酯信号传导、独脚金内酯合成等途径基因共计11个，并对它们的基因序列组成和蛋白质序列结构进行了分析。使用实时荧光定量PCR技术证实了MOC1通路3个基因和ScTB1基因参与了腋芽的形成发育，受生长素与细胞分裂素调控；独脚金内酯信号传导途径3个基因参与了腋芽的萌发，并主要受生长素和独脚金内酯调控；独脚金内酯合成2个基因受干旱、盐、磷和营养缺乏等胁迫诱导。3个分蘖基因（MOC1、TB1和HTD2）的分子进化研究表明除MOC1外，其它2个基因在原始亲本种表现出更高的基因多态性，在原始亲本种内，割手密、印度种、中国种拥有更为丰富的遗传变异。3个基因的单倍型在原始亲本种、骨干亲本和主栽品种中没有明显的遗传分化，原始亲本种只有少部分的单倍型渗入到骨干亲本和主栽品种中，还有较大的开发潜力；相关分析表明3个基因编码区共有116个SNP和13个InDel与分蘖性状相关，这些相关位点后续可开发为功能标记用于甘蔗分蘖性状的分子辅助育种。. 项目执行期间共发表学术论文17篇，其中SCI论文3篇；1人晋升为研究员，2人晋升为副研究员，1人获博士学位，1人获硕士学位，1人入选云南省中青年学术技术带头人后备人才。