中国农业科学 | 甘肃农业大学联合中国农科院作科所探析小麦烯醇化酶基因TaENO1-5B在多种环境下对株高与穗粒数的调控
小麦（Triticum aestivum L.）是世界三大主粮作物之一，2023年全球总产量 7.87×108 t，养活了全球20%的人口，其高产稳产对于粮食安全至关重要。小麦主要种植于干旱和半干旱地区，干旱缺水、极端高温和低温等非生物胁迫严重危害小麦可持续生产。在全球气候变化背景下，这些逆境对小麦生产的不利影响仍将持续加剧。因此，当前亟需挖掘并利用优异基因资源，借助分子技术培育高产耐逆小麦新品种，保障小麦安全生产。
近期， 甘肃农业大学生命科学技术学院/省部共建干旱生境作物学国家重点实验室联合中国农业科学院作物科学研究所/作物基因资源与育种全国重点实验室完成的题为“小麦烯醇化酶基因TaENO1-5B在多种环境下对株高与穗粒数的调控”的研究在《中国农业科学》2024年第57卷14期正式发表。
以小麦品种旱选10号为材料克隆TaENO1-5B，在SMART网站分析其编码蛋白的结构域，采用Phyre2软件预测蛋白的二级和三级结构；采用实时荧光定量PCR技术分析基因在小麦不同发育时期的组织表达水平，以及在植物激素处理和逆境胁迫下的表达模式；以30份遗传多样性丰富的小麦种质为材料分析基因序列多态性，开发分子标记；以323份小麦构成的自然群体为材料进行TaENO1-5B单倍型与表型性状的关联分析，利用小麦地方品种和现代育成品种群体分析优异单倍型在我国不同麦区受育种选择的趋势。
TaENO1-5B基因序列及其编码蛋白结构分析
TaENO1-5B由17个外显子和16个内含子组成，编码446个氨基酸，含有保守的N端结构域和C端TIM（triose-phosphate isomerase）桶状结构域；TaENO1-5B在小麦幼苗期、拔节期、抽穗期和开花期的各个组织中均有表达，在根、根基和穗中表达量较高；TaENO1-5B启动子区含有多种顺式作用元件，包括脱落酸（ABA）、生长素（IAA）和茉莉酸甲酯（MeJA）等激素应答元件和干旱、低温胁迫相关的多种应答元件，TaENO1-5B的表达受植物激素和干旱、低温等胁迫的显著诱导；在TaENO1-5B的启动子区检测到4个SNP，基因区检测到3个SNP，组成3种单倍型Hap-5B-1、Hap-5B-2和Hap-5B-3。在干旱、高温等多种环境下，单倍型Hap-5B-2为优异单倍型，与矮秆、多小穗数和穗粒数显著相关，在我国小麦主产区的育种历史中受到了正向选择。基于TaENO1-5B启动子区SNP（2 399 bp，G/A）开发的KASP标记，与多种环境下的每穗小穗数显著相关。
TaENO1-5B在小麦不同发育时期不同组织中的表达量
TaENO1-5B 2种单倍型在16种环境下的表型比较
TaENO1-5B响应植物激素信号及非生物胁迫，在干旱、高温等多种环境下，与株高、每穗小穗数和穗粒数显著相关，Hap-5B-2是矮秆及每穗小穗数和穗粒数较多的优异单倍型。根据TaENO1-5B变异位点开发的分子标记可用于小麦株高及相关产量性状的遗传改良。
该研究获得国家重点研发计划（2021YFD1200603）、中央引导地方科技发展资金项目（23ZYQA0322）、甘肃省重大科技专项（22ZD6NA009）的资助。
论文链接：
《小麦烯醇化酶基因TaENO1-5B在多种环境下对株高与穗粒数的调控》
引用本文：
张紫慧, 张艳菲, 李龙, 李超男, 王景一, 杨德龙, 毛新国, 景蕊莲. 小麦烯醇化酶基因TaENO1-5B在多种环境下对株高与穗粒数的调控[J]. 中国农业科学, 2024, 57(14): 2717-2731.
ZHANG ZiHui, ZHANG YanFei, LI Long, LI ChaoNan, WANG JingYi, YANG DeLong, MAO XinGuo, JING RuiLian. Wheat Enolase Gene TaENO1-5B Involved in Regulating Plant Height and Grain Number Per Spike in Multiple Environments[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(14): 2717-2731.
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