小麦矮杆基因Rht18不完全解读

本期作者：大胖丫

   小麦矮杆基因Rht-B1和Rht-D1在株高矮化过程中起到了重要作用，这两个基因均编码DELLA蛋白，参与到赤霉素（GA）信号的传导过程，该类基因突变之后对GA信号不敏感而导致株高变矮。而小麦中新鉴定的矮杆基因Rht18则对GA信号敏感，外施GA能显著增加胚芽鞘或苗期叶片的长度，该基因影响植株高度的机制与DELLA基因明显不同。研究发现，Rht18编码一个GA2氧化酶，能够催化GA合成过程中的前体物质（GA12）转变为无活性的GA110，该基因突变之后导致GA含量上升从而导致株高变高。相关文章发表在最新一期的Plant Physiology杂志上，文章题目为“Rht18 Semi-Dwarfism in Wheat is Due to Increased Expression of GA 2-oxidaseA9 and Lower GA Content (DOI:10.1104/pp.18.00023)”。

   Rht18基因来自于四倍体小麦品种Anhiga的突变后代，为功能获得型显性基因。作者利用含有该基因的半矮杆栽培品种Icaro与高杆品种Langdon进行杂交，创制F2分离群体，最终将Rht18定位到了6A染色体上一个1.5cM的区间。由于该基因位于近着丝粒区域，其所在区间对应在中国春6A上的物理图谱为344Mb，因此很难通过图位克隆的方法进行分离。

   既然Rht18为功能获得型的单显性基因，作者就采用MutChromeSeq技术对该基因进行克隆（见下图）。具体过程如下：1. 利用化学诱变的方法，在携带Rht18的Icaro突变后代中寻找高杆单株；2. 利用染色体分离技术分别将Icaro（矮杆）、Anhiga（高杆）以及5个Icaro高杆独立突变后代的6A染色进行分离，测序并进行序列拼接；3. 序列分析发现只有一个contig在5个独立突变体中均存在SNP（4个导致氨基酸残基改变，1个导致提前终止；另外在六倍体材料Halberd-Rht18中也鉴定到了8个独立突变体），该contig中只包含一个GA2氧化酶基因--GA2oxA9，该基因就是Rht18。不幸的是该基因在D基因组上的同源基因GA2oxD9已经被研究过了（doi:10.1186/s12870-015-0520-7）。

       不过作者发现，高杆材料Anhiga和矮杆材料Icaro中的Rht18基因的编码区序列一致，该基因在Icaro中的表达量要比Anhiga中高4倍。在Icaro和Langdon的杂交后代和六倍体材料Halberd中也检测到了相同的表达模式，即Rht18在矮杆植株中的表达量高，在高杆植株中表达量低。为了确定该基因的启动子在高杆材料Anhiga和矮杆材料Icaro中的差异，作者以中国春为参考比较了该基因上游的100Kb序列，但只鉴定出了13个SNP，最近的SNP在基因上游7.3Kb的位置，而该基因的3‘端序列也完全相同；同时，也没在基因上游发现明显的InDel（最近的1bp InDel在基因上游0.8Mb的位置）。这就有点尴尬了。。。（MutChromeSeq技术虽然很牛，但对非编码区域也无能为力啊！）作者解释说可能Rht18上游的序列与中国春差异较大，很难通过中国春的序列来比较两个材料之间的差异。因此，下一步的工作重点就是解决这个问题。。。