原创解读|小麦抗穗发芽主效基因TaPHS1定位及克隆

上周我们推送了拟南芥AtMFT基因的分子调控网络，今天我们再一起来学习一下小麦中调控种子休眠主效基因TaPHS1的定位及克隆工作。小麦穗发芽对产量、加工品质及种用价值都会造成严重的损失，并且随着全球气候变化已呈现日益加重的趋势，现已成为制约小麦生产的关键因素之一。挖掘并克隆小麦抗穗发芽基因是解决小麦穗发芽发生的根本途径。

在初期的定位研究中，利用抗穗发芽白小麦品种Rio Blanco和感穗发芽的白小麦品种NW97S186构成的171个RILs进行了初定位，其中在3AS上鉴定到1个最高可以解释58%的表型变异的抗穗发芽QTL位点，并将该QTL命名为QPhs.pseru-3AS。该研究成果发表在TAG期刊上，论文题目为“Quantitative trait loci for resistance to pre-harvest sprouting in US hard white winter wheat Rio Blanco”

接下来又对该QTL进行了精细定位工作。利用1874个次级分离群体对该QTL进行了精细定位，并将该QTL定位在AFLP标记XpAGG-mCTA320和XpCAG-mTCGA145之间1.4 cM的遗传距离内，该研究成果同样发表在TAG期刊上，论文题目为“Dissection and fine mapping of a major QTL for preharvest sprouting resistance in white wheat Rio Blanco”

最后，我们来学习一下该调控种子休眠主效基因的克隆工作。该研究工作基于比较作图和图位克隆的方法，克隆并分析了3AS上调控种子休眠即抗穗发芽的关键基因，并将其命名为TaPHS1。该研究成果发表在Genetics期刊上，论文题目为“Cloning and Characterization of a Critical Regulator for Preharvest Sprouting in Wheat”

通过表达分析发现该基因在萌发期的抗穗发芽材料中表达，且只在胚中表达（A，C）。在籽粒发育过程中，仅在抗穗发芽材料的10天之后表达，在感穗发芽材料中不表达（B）。

利用RNAi证实了TaPHS1正向调节小麦穗发芽抗性（C，D1）。同时，明确了该基因的两个碱基突变导致了该基因编码了一个截短的无功能蛋白（D2，E）。（注：如果只是前一个碱基突变，也会产生截短的蛋白，但是否仍具有功能性尚不可知。）

TaPHS1中的错接会导致穗发芽的易感性

NW97S186的Taphs1中鉴定出两个重要的突变。一种是内含子3的5'供体剪接位点（ 646位）的GT到AT过渡，该基因将外显子3延伸到内含子3（上图）; 另一个是 666位的A到T转换，产生了过早的终止密码子，并在NW97S186中截短了蛋白质（106个氨基酸），关联分析发现， 646和 666位置的两个SNP引起了穗发芽抗性的变化。

该基因从初定位、精细定位直到图位克隆，整体工作扎实、可靠！是小麦QTL定位克隆的典范工作之一！单就该基因来说，TaPHS1作为白粒小麦QTL Qphs.pseru-3AS的抗穗发芽功能基因，该基因的克隆可极大地增进人们对小麦穗发芽抗性潜在机制的认识，并通过鉴定出的关键SNP及开发的诊断标记可有效的应用于小麦穗发芽抗性的改良。总之，该基因的相关工作将有助于提高种子品质、为禾谷类作物种子休眠和萌发机理研究及小麦抗穗发芽育种提供重要支撑。

原文链接:

https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s00122-008-0810-7.pdf

https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s00122-010-1396-4.pdf

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3761307/pdf/263.pdf