小麦穗分枝基因的初步定位及ramosa2基因的克隆

【摘要】： 小麦是最重要的粮食作物之一,基于重要农艺性状遗传和分子机制基础上的分子改良则是目前及未来小麦改良的核心。历史上每一次突破性品种的育成都源于新的遗传资源的发现、创造和利用,源于对原有栽培品种株型和生理模式的突破。穗分枝(Branched Spike)是小麦穗部形态的一种变异类型,其主要特征为主穗轴节上形成支穗轴,从而着生多个小穗,增加了小穗数和穗粒数。穗分枝现象的研究不仅有利于阐明小麦穗形态发育,而且具有潜在的应用价值。本研究以分枝型普通小麦——分33为材料,对其组织形态学特征及遗传规律进行了系统分析,利用SSR标记开展了穗分枝基因的初定位研究,并从小麦中克隆了导致玉米花序分枝的ramosa2的同源基因。 穗分枝的形态特征和遗传分析:分33小麦主穗轴上平均着生11个支穗轴,平均分枝着粒数9个;每穗着粒数118个。利用分33和中国春杂交构建了一个较大的F2群体,对40,000株F2个体的表型进行统计分析,分枝与不分枝的比例约为1/15,表明穗分枝现象主要受两对隐性基因控制。 穗分枝基因的初步定位:从209对覆盖整个小麦基因组的SSR标记中筛选出87对在两亲本间具有多态性的标记。利用多态性标记并采用集群分离分析法对F2群体中96个具有分枝表形的单株进行分析,结果发现穗分枝现象分别与小麦2A和2D染色体上的SSR标记连锁,由此将小麦穗分枝基因初步定位在小麦2A、2D染色体上。在2A染色体上,控制小麦分枝的基因被定位在SSR标记gwm372、wmc502附近,遗传距离分别为9cM和11.25cM;在2D染色体上,控制小麦分枝的基因被定位在SSR标记gwm484、gwm102附近,遗传距离分别为15cM和17cM。 在本研究进行过程中,国外科学家Erik Vollbrecht、Esteban Bortiri、Namiko Satoh-Nagasawa等分别于2005年、2006年、2006年克隆到了控制玉米花序分枝的基因ramosa1、ramosa2、ramosa3。这三个基因中任何一个发生突变均会导致玉米穗发生分枝、缨分枝增多。本研究以大麦、玉米、高粱等作物的ramosa2基因序列为参考,首次从小麦中同源克隆到了ramosa2基因。通过大量测序,本研究得到了分33、中国春中该基因的多个同源序列,推断普通六倍体中存在该基因的多个拷贝。其推导的氨基酸序列与大麦、水稻、玉米和高粱的相似性分别为:95%、81.8%、79.9%和79.2%。但是小麦穗分枝是否与该基因相关还有待于进一步的研究。 上述研究以小麦穗分枝现象为主线,研究结果为小麦穗分枝基因的图位克隆、穗分枝机理阐明及最终利用该品种进行小麦高产的分子育种奠定基础。