近日，太陽集團8722網(wǎng)站康振生院士團隊在國際知名期刊Plant, Cell & Environment上發(fā)表了題為“Genome-wide association study revealed TaHXK3-2A as a candidate gene controlling stomatal index in wheat seedlings”的研究論文，解析了小麥氣孔指數(shù)遺傳基礎，發(fā)掘并闡明了己糖激酶基因 TaHXK3-2A 調控小麥氣孔密度和抗旱性的生物學功能。植保學院在讀博士李淑敏和已畢業(yè)博士余世洲為論文并列一作，毛虎德副研究員和康振生院士為該論文的共同通訊作者。
氣孔是控制植物與環(huán)境氣體交換的重要通道。氣孔開度、大小、密度等性狀的調控會極大地影響植物光合作用和水分利用效率，進而影響產量。因此，發(fā)掘小麥氣孔相關性狀的多樣性和遺傳基礎，將為提高小麥的生產力和抗逆性提供重要的信息。小麥種質資源豐富，在長期的自然進化和人工選擇中積累了大量自然變異，這些自然變異也是許多重要農藝性狀形成的基礎。因此，解析小麥氣孔性狀的遺傳基礎，挖掘重要的調控基因對于小麥遺傳改良具有重要意義。
該研究利用小麥葉片表皮顯微圖像氣孔指數(shù)自動統(tǒng)計的方法，完成了539份小麥種質葉片氣孔指數(shù)的高通量采集，結合小麥660K芯片掃描獲得的遺傳標記數(shù)據(jù)，通過全基因組關聯(lián)分析（GWAS），解析了葉片氣孔指數(shù)的遺傳基礎，發(fā)掘了130個與小麥幼苗葉片氣孔指數(shù)顯著關聯(lián)的SNP。這些顯著關聯(lián)的SNP主要分布在小麥16條染色體上，涉及2625個參與應激反應、代謝和細胞/器官發(fā)育相關的候選基因。進一步通過BSA-seq、基因表達分析和候選基因關聯(lián)分析，解析了2A染色體上決定小麥幼苗葉片氣孔指數(shù)的主效遺傳位點，挖掘并明確了己糖激酶基因 TaHXK3-2A 調控小麥氣孔密度的生物學功能。另外，研究表明， TaHXK3-2A 過表達小麥株系對干旱更加敏感。進一步代謝組學分析發(fā)現(xiàn) TaHXK3-2A 過表達株系通過調控葡萄糖代謝途徑降低了葉片表皮細胞的大小，從而導致氣孔密度增加。由于蒸騰作用增強，最終導致了 TaHXK3-2A 過表達株系對干旱更加敏感。
TaHXK3-2A 調控小麥抗旱性的作用機制
該研究率先通過高通量圖像識別及統(tǒng)計方法，分析了小麥葉片氣孔指數(shù)的多樣性，并解析了小麥葉片氣孔指數(shù)的遺傳基礎，豐富了植物氣孔性狀調控的遺傳信息。同時，發(fā)現(xiàn)了己糖激酶（HXK）家族基因新的調控功能，為氣孔性狀的改變影響植物水分利用效率和抗旱性提供了新的科學證據(jù)，為小麥抗旱遺傳改良提供新的思路。
該研究得到了國家自然科學基金、陜西省自然科學基礎研究計劃等項目的資助。
原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35545896/
編輯：劉小鳳
審核：郭 軍
