燕麦矮秆基因Dw6的精细定位

燕麦(Avena sativa L.)是世界重要的禾谷类粮食作物之一,具有很高的营养和经济价值,但当前多数燕麦品种植株过高,容易倒伏,进而影响其产量和品质。Dw6是正式报道的8个燕麦矮秆基因中最具有应用潜力的矮秆基因,已被用于商业品种选育,因此深入研究Dw6对重要农艺性状的影响,对其进行精细定位,为进一步克隆该基因和如何利用提供参考。本研究利用高秆燕麦品种“Caracas”和携带Dw6的矮秆燕麦品种“WAOA2132”杂交获得的RIL(重组自交系,Recombinant Inbred Line)群体,以及由此衍生的两对NILs(近等基因系,Near Isogenic Lines)及其配制的F_2群体为研究对象,评价了Dw6对重要农艺性状的影响,并结合SSR(简单重复序列,Simple sequence repeat)标记、KASP(竞争性等位基因特异性PCR,Kompetitive Allele-specific PCR)标记和转录组(RNA-Seq,RNA-Sequence)数据寻找更多对Dw6进行了精细定位和候选基因分析。本研究取得的主要结果如下:1.对三种环境下(2019WJ、2019CZ和2020WJ)的RIL群体和2022WJ环境下的NIL品系高秆株系和矮秆株系的株高、百粒重、粒长、粒宽、粒周长、主穗小穗数、有效分蘖数以及胚芽鞘长度(RIL群体的有效分蘖数和胚芽鞘长Tumor-infiltrating immune cell度只调查了2019WJ和2019CZ两种环境)进行调查。结果表明Dw6显著降低了矮秆株系的株高(34.87%-43.77%)、百粒重(9.25%-30.14%)、粒长(3.98%-14.35%)和粒周长(1.71%-9.55%),但显著增加了有效分蘖数。Dw6对小穗数、粒宽和胚芽鞘长度的影响在不同环境或材料中不尽相同。对NIL品系的根表面积、总根长、初生根数和最大根长进行测量发现,Dw6显著降低根表面积(24.44%-28.77%)和总根长(18.10%-20.96%),但对初生根数和最大根长没有显著影响。对NIL品系高秆株系、矮秆株系茎节数、各茎节长度和成熟期穗下茎节组织切片进行分析,表明Dw6减少了各茎节长度,对茎节数无影响,主要通过缩短茎节细胞长度来降低株高。2.对近等基因系进行体外喷施外源赤霉素试验,结果表明赤霉素处理后矮秆植株能够恢复到高秆株高水平,说明Dwselleck合成6对外源赤霉素敏感。分别对近等基因系茎秆在拔节期(Zadoks 33)、孕穗期(Zadoks 43)、抽穗期(Zadoks 53)和灌浆期(Zadoks 71)GA_1、GA_3、GA_4和GA_7含量进行测定,结果表明矮秆株系茎秆中GA_3和GA_4含量在四个时期均显著低于高秆株系;在孕穗期、抽穗期和灌浆期的矮秆株系茎秆中GA_7含量均显著低于高秆株系,但GA_7含量在拔节期无显著差异;高、矮秆株系中GA_1含量仅在灌浆期有显著差异。这些结果表明,Dw6通过影响茎秆中的活性赤霉素含量使株高降低。3.选取近等基因系开花期(Zadoks 65)和灌浆期(Zadoks 71)的穗下茎节进行RNA-seq分析,开花期和灌浆期分别在两对NILs中检测到共有差异基因416个和89个。对共有差异基因进行GO和KEGG富集分析,结果表明共有差异基因显著富集在与细胞生长发育相关基因的条目或通路上,表明Dw6影响了细胞发育相关基因的表达。4.利用SSR标记和RIL群体对Dw6进行遗传定位,将Dw6定位于分子标记SSR65和SSR120之间;进一步利用次级F_2群体和基于转录组数据开发的KASP标记对Dw6进行精细定位,最终将Dw6定位于分子标记SSR65和KASP2之间,二者在参考基因组上相距0.15 Mb。对区间内注释的基因进行测序,目前已完成5个基因编码区测序工作,仅A.satnud SFS6D01G001889在高秆株系和矮秆株系之间存在位点差异,且该基因仅在矮秆株系中表达,但基于差异位点开发的分子标记无法准确区分不同遗传背景的高秆材料,因此该基因是否为Dw6候选基因仍需进一步进行研究。