西北農(nóng)林科技大學(xué)植物免疫研究團(tuán)隊(duì)揭示了一種特殊基因調(diào)控小麥抗旱性的分子遺傳機(jī)理

　　8月12日，西北農(nóng)林科技大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院植物免疫研究團(tuán)隊(duì)在《植物細(xì)胞》（The Plant Cell ）在線發(fā)表了一篇研究論文。該研究發(fā)掘了小麥抗旱基因TaDTG6-B并揭示了其功能獲得性等位變異調(diào)控小麥抗旱性的分子遺傳機(jī)理。

 

　　隨著全球氣候的變化，小麥生產(chǎn)受到非生物脅迫危害日益嚴(yán)重，其中干旱脅迫已經(jīng)成為限制小麥生產(chǎn)的主要非生物逆境因子之一。因此，挖掘小麥抗旱基因、揭示小麥抗旱性特異調(diào)控的分子機(jī)理及遺傳網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于小麥抗旱遺傳改良、培育抗旱小麥新品種具有重要意義。近年來，越來越多的全基因組關(guān)聯(lián)研究表明，非編碼調(diào)控區(qū)遺傳變異引起的基因表達(dá)變化是導(dǎo)致作物進(jìn)化和馴化過程中抗逆性差異的重要原因。然而，基因編碼區(qū)遺傳變異如何影響基因功能以及作物抗逆性的機(jī)制仍然知之甚少。為此，該研究利用不同來源的小麥自然變異群體，通過全基因組關(guān)聯(lián)分析研究策略，克隆了小麥抗旱基因TaDTG6-B，該基因編碼一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子。

 

　　在此基礎(chǔ)上，研究人員對(duì)281份小麥材料TaDTG6-B基因序列進(jìn)行了精細(xì)的測(cè)序分析，通過候選基因關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，TaDTG6-B編碼區(qū)26-bp堿基的插入或缺失（InDel574）與小麥苗期抗旱性變異顯著關(guān)聯(lián)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，將TaDTG6-BIn574基因在小麥中過表達(dá)并不能改善轉(zhuǎn)基因小麥的抗旱性，而TaDTG6-BDel574過表達(dá)則能夠顯著增強(qiáng)小麥抗旱性，TaDTG6-BDel574基因沉默后小麥抗旱性明顯降低，表明功能獲得性等位基因TaDTG6-BDel574在調(diào)控小麥抗旱性方面具有重要作用。此外，通過雜交和連續(xù)回交的方法，將優(yōu)異等位基因TaDTG6-BDel574導(dǎo)入干旱敏感的材料中，能有效提高小麥幼苗的抗旱性。

 

　　結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，功能獲得性等位基因TaDTG6-BDel574編碼的轉(zhuǎn)錄因子蛋白能夠直接靶向并誘導(dǎo)參與水分脅迫應(yīng)答、冷脅迫應(yīng)答、蛋白磷酸化和次生代謝等生物學(xué)途徑基因的表達(dá)。此外，研究還發(fā)現(xiàn)TaDTG6-BDel574通過結(jié)合并激活光敏色素相互作用因子（PIF）轉(zhuǎn)錄因子基因，進(jìn)而增強(qiáng)小麥抗旱性。

 

　　該研究挖掘并獲得了小麥抗旱相關(guān)的功能獲得性等位基因TaDTG6-BDel574，解析了其調(diào)控小麥抗旱性變異的分子機(jī)理，對(duì)小麥抗旱遺傳改良具有重要意義，為小麥抗旱新品種的培育提供了重要的基因資源和選擇靶點(diǎn)。

 

　　我校植物保護(hù)學(xué)院植物免疫研究團(tuán)隊(duì)康振生教授和毛虎德研究員為該論文的通訊作者，研究生梅方明和陳斌為論文的共同第一作者。旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為論文完成提供了技術(shù)支持。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。