左圖顯示兩個TaVSR1-B單倍型小麥的幼苗根系比對照組更長。右圖為TaVSR1-B Hap4小麥的根系形態(tài)。中國農(nóng)科院供圖
近日，《植物生物技術雜志》在線發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所小麥基因資源發(fā)掘與利用創(chuàng)新團隊最新成果。他們通過全基因組關聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)小麥液泡分選受體基因TaVSR1-B啟動子區(qū)轉座子與孕穗期根深顯著相關。
據(jù)論文通訊作者景蕊蓮介紹，根系深度是作物根系構型的重要組成性狀，在作物生長發(fā)育、產(chǎn)量形成和非生物脅迫耐性等方面發(fā)揮著重要作用。孕穗期是小麥產(chǎn)量形成的關鍵時期，這個時期的根深直接影響小麥對深層土壤水分和養(yǎng)分的吸收，最終作用于產(chǎn)量和抗逆性。然而由于根系研究難度大，影響孕穗期根深的遺傳機制尚不清楚。
該研究調(diào)查了323份小麥種質(zhì)的根深，并利用小麥660K SNP基因組芯片對這些材料進行基因分型。通過全基因組關聯(lián)分析，檢測到一個與孕穗期根深相關的液泡分選受體基因TaVSR1-B。
小麥材料TaVSR1-B啟動子區(qū)轉座子的差異導致DNA甲基化水平及組蛋白修飾不同，進而影響基因表達，使孕穗期根深表現(xiàn)顯著差異。
隨后，該團隊對過表達TaVSR1-B基因的小麥、水稻及突變體材料進行表型鑒定，揭示了其對根系生長的作用。初步證據(jù)表明，TaVSR1-B可能通過影響液泡的形成，促進伸長區(qū)細胞轉變?yōu)槌墒靺^(qū)細胞，進而影響根深。綜合來看，TaVSR1-B表達量升高，根伸長區(qū)變短，成熟區(qū)變長，根深增加。
該研究揭示了TaVSR1-B在控制根深方面的功能，并明確了與深根系相關的優(yōu)異單倍型以及不同單倍型差異表達的分子機理。這項工作為闡釋小麥根系發(fā)育提供理論依據(jù)，為小麥育種提供優(yōu)異基因和種質(zhì)資源。
該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃等項目資助。
相關論文信息：https://doi.org/10.1111/pbi.13564
