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

【目的】烯醇化酶是糖酵解过程中的关键限速酶,在植物生长发育和逆境胁迫应答中发挥重要作用。揭示小麦烯醇化酶基因TaENO1-5B的功能,开发分子标记,为通过分子育种改良小麦提供基因资源。【方法】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。【结果】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。【结论】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。