氮肥施用可顯著提高小麥產(chǎn)量與加工品質(zhì),但大量施用不僅增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本,也加劇了環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。因此,挖掘能夠協(xié)同提高小麥氮利用效率和產(chǎn)量的優(yōu)異基因資源,對(duì)于培育小麥氮高效新品種具有重要意義。盡管已有研究成功克隆了多個(gè)調(diào)控小麥氮利用的基因,但兼具提高小麥氮利用效率和產(chǎn)量的優(yōu)良等位變異鮮有報(bào)道。
近日,Journal of Genetics and Genomics在線發(fā)表中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所童依平研究員和王延鵬研究員團(tuán)隊(duì)題為“
An elite haplotype of the glutamine synthetase gene
TaGS1.1-6A
is associated with increased nitrogen use- and yield-related traits in wheat”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺合成酶基因
TaGS1.1-6A的啟動(dòng)子區(qū)存在結(jié)構(gòu)變異其優(yōu)良單倍型TaGS1.1-6AHapII能夠提高葉片光合氮效率氮利用效率及穗粒數(shù)并基于該單倍型開(kāi)發(fā)了一種氮高效高產(chǎn)小麥新品種分子設(shè)計(jì)育種策略
![]()
該研究通過(guò)對(duì)小麥5套雙親遺傳群體的氮利用效率和產(chǎn)量性狀進(jìn)行meta-QTL分析,克隆到TaGS1.1-6A基因,序列分析發(fā)現(xiàn)其啟動(dòng)子區(qū)存在一處由微型反向重復(fù)轉(zhuǎn)座元件(miniature inverted-repeat transposable element, MITE)插入引起的序列變異。該MITE插入導(dǎo)致鄰近區(qū)域DNA發(fā)生高甲基化,進(jìn)而抑制TaGS1.1-6A的轉(zhuǎn)錄。不含該MITE插入的單倍型TaGS1.1-6AHapII表達(dá)量高,可顯著提高葉片光合氮利用效率和氮利用效率,增加穗粒數(shù)及籽粒產(chǎn)量,在小麥育種過(guò)程中受到正向選擇。相反,通過(guò)CRISPR/Cas9技術(shù)介導(dǎo)的TaGS1.1基因敲除植株則表現(xiàn)出上述氮利用效率、穗粒數(shù)及籽粒產(chǎn)量的降低。此外,該研究通過(guò)聚合TaGS1.1-6AHapII單倍型與具有延緩葉片衰老功能的TaNAM-A1d優(yōu)異單倍型,提出了一套可在不同供氮條件下提高小麥籽粒產(chǎn)量的育種策略。該育種策略利用TaNAM-A1d延長(zhǎng)葉片功能期,充分發(fā)揮TaGS1.1-6AHapII增加葉片光合氮利用效率的優(yōu)勢(shì),為更多籽粒的灌漿提供光合產(chǎn)物,從而實(shí)現(xiàn)氮利用效率與產(chǎn)量協(xié)同提升。
![]()
通過(guò)聚合TaGS1.1-6AHapII與TaNAM-A1d設(shè)計(jì)氮高效高產(chǎn)小麥新品種的模式圖
綜上所述,該研究發(fā)現(xiàn)TaGS1.1-6A基因參與調(diào)控小麥氮利用及產(chǎn)量相關(guān)性狀,且TaGS1.1-6AHapII單倍型對(duì)培育氮利用效率和籽粒產(chǎn)量協(xié)同提升的小麥新品種具有重要應(yīng)用價(jià)值。
作者簡(jiǎn)介
中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所王亞州博士和滕婉副研究員為該論文共同第一作者,滕婉副研究員為通訊作者。相關(guān)工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
特別聲明:以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺(tái)“網(wǎng)易號(hào)”用戶上傳并發(fā)布,本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.