合成小麦SHW-L1穗发芽抗性基因Qphs.sicau-1B.1精细定位与克隆

Pre-harvest sprouting (PHS) is defined as the germination of grains in the spike before harvest in wet conditions, and is one of the main causes of damage in wheat (Triticum spp.) production areas. PHS severely reduces the yield and quality of grains. A novel PHS resistant gene ‘Qphs.sicau-1B.1’ was characterized from a synthetic wheat SHW-L1, which was crossed by PHS resistant tetraploid wheat and high dormancy Aegilops tauschii. This QTL was located between wPt-2597and wPt-2654, which had a 4.8cM and 4Mb synteny regions in barley and Aegilops tauschii, respectively. In this project, we will try to obtain 1) high density map by secondary and NAM populations; 2) candidate loci and genes minning by omics analysis, and fine mapping of PHS resistant gene Qphs.sicau-1B.1; 3) clone and haplotype analysis of this gene.

小麦穗发芽是收获前遇到阴雨或潮湿天气发生的穗上籽粒发芽的现象，穗发芽不仅显著降低产量，而且导致籽粒品质劣化。我们利用抗穗发芽四倍体蓝麦与强休眠节节麦创制了合成小麦SHW-L1，并构建的遗传群体，获得在不同环境下稳定的位于1BS上的新QTL位点‘Qphs.sicau-1B.1’。该QTL在与wPt-2597、wPt-2654等标记连锁，共线性分析发现该区间位于大麦morex约4.8cM、节节麦AL8/78约4Mb的范围内。本项目在此基础上，拟开展：1）通过多个次级群体、NAM群体，密化图谱；2）利用基因组学分析，挖掘分子标记与潜在候选位点，对穗发芽抗性位点Qphs.sicau-1B.1精细定位；3）克隆抗穗发芽基因，并进行单倍型分析。该工作将为发掘小麦穗发芽抗性资源、解析小麦穗发芽特性的遗传学机制奠定基础。

小麦穗发芽是小麦收获前遇到阴雨或潮湿天气发生的穗上籽粒发芽的现象，穗发芽不仅显著降低产量，而且导致籽粒品质劣化及下一季播种质量下降。小麦穗发芽是环境条件与基因相互作用的结果，发掘小麦特异的穗发芽抗性关键基因、阐明小麦穗发芽特性的遗传学机制，将有利于穗发芽抗性育种工作的深入。..项目开展前期，研究组通过节节麦AS60与四倍体小麦AS2255人工合成了双二倍体材料SHW-L1。在由其创制的重组自交系群体多年多点的试验中初步定位得到10个穗发芽抗性QTL位点。本项目利用660k基因芯片构建标记间平均距离0.148cM和143kb的高密度遗传图谱，发现PHS.sicau-1B和PHS.sicau-3D可在8个环境中重复检测到。依据表型和基因型数据选择平均发芽率最高0.90、最低0.21的材料构建次级群体，并开发1B区间KASP标记35对，将目标区间缩短到3.0Mb。此外，我们对淀粉酶基因TaAmy1及ABA信号相关基因TaVp1、TaSdr4进行了表达模式分析及eQTL定位，其中控制小麦穗发芽的关键基因TaVp1的基因表达水平在SHW-L1中持续高于川麦32，且TaVp1基因eQTL eqABA.sicau-1B.1与穗发芽QTL qPHS.sicau-1B、α-淀粉酶eQTL eqamy1-DPA30重叠，推测TaVp1通过控制淀粉酶参与了对穗发芽抗性的提升表明TaVp1可能通过基因表达差异调籽粒萌发。此外，通过比较基因组研究分析，发现1B染色体该区段含有1个Myb转录因子、1个AWPM基因，该转录因子在小麦种子发育早期及根部有特异表达，但推测参与调控种子萌发可能不大，AWPM基因目前正在进行功能验证工作。..项目执行期间于2017年、2018年“科技活动周”期间前往四川、河南、湖北、安徽等主产麦区调研小麦穗发芽情况，与普通农户、种植大户、合作社和收购企业等对小麦生产情况及存在问题进行了充分交流，指导农户开展抢收与收后仓储工作，并就受灾芽麦的处置交换了意见。2019年成功组织召开了第十四届国际谷物穗发芽大会，来自中国、美国、日本、澳大利亚、英国等国家80余名行业内专家学者参加。..受项目资助开展的研究，部分已形成初步结果，在Plant Biotechnology Journal等杂志发表SCI收录论文8篇，申请专利1项，作为主要内容之一获得四川省科技进步奖（一等）1项。