【Plant Cell】植物免疫研究團(tuán)隊(duì)揭示了TaDTG6-B功能獲得性等位基因調(diào)控小麥抗旱性的分子遺傳機(jī)理
作者：毛虎德 來源： 發(fā)布日期：2022-08-13 瀏覽次數(shù)：
2022年8月12日,，我院植物免疫研究團(tuán)隊(duì)在The Plant Cell 發(fā)表了題為“A gain-of-function allele of a DREB transcription factor gene ameliorates drought tolerance in wheat”的研究論文,。該研究發(fā)掘了小麥抗旱基因 TaDTG6-B 并揭示了其功能獲得性等位變異調(diào)控小麥抗旱性的分子遺傳機(jī)理。
小麥?zhǔn)侨蚋珊?、半干旱地區(qū)的主要糧食作物,，保障旱區(qū)小麥安全高效生產(chǎn),，對(duì)確保我國(guó)乃至世界糧食安全具有舉足輕重的地位和作用。但是,，隨著全球氣候的變化,，小麥生產(chǎn)受到非生物脅迫危害日益嚴(yán)重，其中干旱脅迫已經(jīng)成為限制小麥生產(chǎn)的主要非生物逆境因子之一,。因此,，挖掘小麥抗旱基因,、揭示小麥抗旱性特異調(diào)控的分子機(jī)理及遺傳網(wǎng)絡(luò),，對(duì)于小麥抗旱遺傳改良、培育抗旱小麥新品種具有重要意義。近年來,，隨著各種植物基因組測(cè)序的開展,，越來越多的全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)表明，非編碼調(diào)控區(qū)遺傳變異引起的基因表達(dá)變化是導(dǎo)致作物進(jìn)化和馴化過程中抗逆性差異的重要原因,。然而,，基因編碼區(qū)遺傳變異如何影響基因功能以及作物抗逆性的機(jī)制仍然知之甚少。為此,，該研究利用不同來源的小麥自然變異群體,，通過全基因組關(guān)聯(lián)分析研究策略，克隆了小麥抗旱基因 TaDTG6-B ,，該基因編碼一個(gè)DREB轉(zhuǎn)錄因子,。
在此基礎(chǔ)上，研究人員對(duì)281份小麥材料 TaDTG6-B 基因序列進(jìn)行了精細(xì)的測(cè)序分析,，通過候選基因關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn),， TaDTG6-B 編碼區(qū)26-bp堿基的插入/缺失（InDel574）與小麥苗期抗旱性變異顯著關(guān)聯(lián)。在干旱敏感的小麥材料中,， TaDTG6-B In574基因編碼的DREB蛋白不能與其他輔助因子互作,，且不能與DRE/CRT順勢(shì)作用元件結(jié)合，因而喪失了轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控功能,；而在抗旱小麥材料中,， TaDTG6-B Del574編碼區(qū)缺失了26-bp的DNA片段，造成移碼突變,，使得其編碼的DREB蛋白具有較強(qiáng)的蛋白互作能力,，并且能夠與DRE/CRT順勢(shì)作用元件結(jié)合進(jìn)而調(diào)控下游基因表達(dá)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),，將 TaDTG6-B In574基因在小麥中過表達(dá)并不能改善轉(zhuǎn)基因小麥的抗旱性,，而 TaDTG6-B Del574過表達(dá)則能夠顯著增強(qiáng)小麥抗旱性， TaDTG6-B Del574基因沉默后小麥抗旱性明顯降低,，表明功能獲得性等位基因 TaDTG6-B Del574在調(diào)控小麥抗旱性方面具有重要作用,。此外，通過雜交和連續(xù)回交的方法,，將優(yōu)異等位基因 TaDTG6-B Del574導(dǎo)入干旱敏感的材料中,，能有效提高小麥幼苗的抗旱性。
進(jìn)一步結(jié)合RNA-seq和DAP-seq數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),，功能獲得性等位基因 TaDTG6-B Del574編碼的DREB蛋白能夠直接靶向并誘導(dǎo)參與水分脅迫應(yīng)答,、ABA響應(yīng)、冷脅迫應(yīng)答,、蛋白磷酸化和次生代謝等生物學(xué)途徑基因的表達(dá),。此外，研究還發(fā)現(xiàn)TaDTG6-BDel574 通過結(jié)合并激活 PIF 轉(zhuǎn)錄因子基因 TaPIF1 ，進(jìn)而增強(qiáng)小麥抗旱性,。
TaDTG6-B Del574功能獲得等位基因作用模式
該研究挖掘并獲得了小麥抗旱相關(guān)的功能獲得性等位基因 TaDTG6-B Del574,，解析了其調(diào)控小麥抗旱性變異的分子機(jī)理，對(duì)小麥抗旱遺傳改良具有重要意義,，為小麥抗旱新品種的培育提供了重要的基因資源和選擇靶點(diǎn),。
西北農(nóng)林科技大學(xué)康振生教授和毛虎德研究員為該論文的通訊作者，研究生梅方明和陳斌為論文的共同第一作者,。旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為論文完成提供了技術(shù)支持,。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃,、陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助,。
編輯：劉小鳳
審核：郭 軍
