小麦表皮蜡质抑制基因Iw1的图位克隆

Bread wheat is one of the most important food crops in the world. Cuticular wax plays an important role in wheat adaption to a variety of biotic and abiotic stresses. Mapping, cloning and functional analyses of cuticular wax related genes are important for characterizating the influence of cuticular wax on plant stress responses in wheat. The β-diketone pathway which currently found specific in tribe Triticeae, is responsible for plants glaucousness. The current research on the β-diketone pathway is very limited, and none of the loci involved in this pathway has been identified. In Triticeae, the wax inhibitor gene Iw1 is an important locus involved in β-diketone pathway. In our study, the fine genetic linkage and physical maps of Iw1 have been constructed, and Iw1 has been limited in genetic and physical intervals of 0.38cM and 497.8Kb, respectively. Based on previous study, in this proposal, we are going to develop more tightly linked markers to further narrow down the genetic and physical interval of Iw1. And then, conduct sequence analysis and expression pattern analysis in two parents, and allelic variation analysis in natural population to determine the candidate gene or genes of Iw1. And for functional verification, EMS mutants and transgenic wheat will be used.

小麦是我国主要的粮食作物之一。小麦表皮蜡质在其适应多种生物和非生物逆境中发挥着重要作用。表皮蜡质相关基因的定位、克隆和功能分析对于研究表皮蜡质在小麦抗逆方面的作用具有重要意义。β-二酮途径是小麦族特有的表皮蜡质合成途径，目前对β-二酮途径的研究非常有限，小麦中少数几个参与该途径的位点也都没有被克隆，表皮蜡质抑制基因Iw1是参与β-二酮途径的一个关键基因。本研究前期已完成了Iw1的精细定位和物理图谱构建，将Iw1定位在0.38cM的遗传区间和497.8Kb的物理区间内，并确定了定位区间内的基因组成。本项目拟在此工作基础上，一方面通过继续开发紧密连锁的分子标记，进一步缩小Iw1定位的遗传和物理区间，确定候选基因目标范围；另一方面，通过候选区间内基因在双亲中的序列差异分析和表达分析，以及自然群体中的等位变异关联分析，确定并克隆Iw1的候选基因，并通过EMS突变体和小麦转基因验证候选基因的功能。

本项目在前期工作基础上完成了小麦表皮蜡质抑制基因Iw1的精细定位和物理图谱构建工作，Iw1基因的精细定位遗传图谱上丰富的EST和SSR分子标记为今后开展2BS染色体上其他重要农艺性状基因的定位工作奠定良好的标记基础。同时，完成了小麦重要糖转运蛋白SWEET家族基因的全基因组鉴定和对非生物逆境的响应。共鉴定出105个小麦SWEET基因，59%的SWEET基因在干旱、热、热旱共胁迫、盐胁迫处理后表现出显著的表达差异，表明SWEET基因广泛参与到植物的非生物胁迫响应中。此外， SWEET基因在不同胁迫处理或不同小麦品种中表现出不同的表达模式，且不同的系统发育类群对非生物胁迫响应也表现出明显的差异。而且，来自小麦A、B、D不同亚基因组的直系同源SWEET基因在不同的非生物胁迫处理下表现出不同的表达模式，小麦不同亚基因组中直系同源SWEET基因的表达分化可能为六倍体小麦适应复杂变化的外部环境提供更大的灵活性。另外，我们首次在全基因组水平上分析了小麦中基因的可变剪接对高温和干旱胁迫的响应，阐述了全基因组水平上基因可变剪接在热旱胁迫下的变化规律及其与转录调控的关系。我们发现分别有200，3576和4056个基因在干旱、热和热旱共胁迫下其剪接模式发生改变。通过与转录水平的比较发现，旱胁迫诱导的剪接发生改变的基因仅有12%在转录水平也发生了显著变化，而在热胁迫以及旱热共胁迫下这一比例高达40%。我们的结果表明，在旱胁迫下小麦可能更多的是通过转录水平而不是剪接水平调控基因的表达，而在热胁迫和旱热共胁迫下，转录和剪接水平共同作用实现对基因的精细调控。我们的研究结果为小麦抗非生物逆境的分子机理研究和小麦育种工作提供重要的参考价值。