一作解读|普通小麦基础耐热性主效位点HST2的精细定位与调控机理初步解析

随着温室效应的加剧，全球气候变暖导致的高温胁迫严重制约作物产量，威胁粮食生产安全。普通小麦是典型的喜凉作物，其生长发育极易受到高温胁迫影响，特别是灌浆期高温影响其碳同化和淀粉合成，导致产量和品质下降。因此，解析小麦耐热性的遗传机制，发掘小麦耐热相关基因资源，对小麦耐热育种和品质育种具有重要意义。

本研究通过小麦苗期和籽粒灌浆期耐热性鉴定，发现一对耐热性存在较大差异的近等基因系A8S和K4T。秋播条件下，二者抽穗期无差异，均可正常结实，且籽粒饱满。春播条件下，二者抽穗期均比秋播时推迟三周以上，灌浆期遭受高温胁迫。高温胁迫下，A8S和K4T籽粒的饱满度差异显著，其中K4T的籽粒依然较为饱满；而A8S的籽粒则明显皱缩，且春播越晚，其皱缩愈发严重（图1）。

在光照培养箱中（37℃高温）分别在小麦苗期、拔节期和灌浆期对A8S和K4T进行耐热性鉴定，发现A8S在生长发育各时期均表现出较强的热敏感性，具体表现为：高温胁迫下，幼苗生长缓慢，抽穗延迟，籽粒皱缩；而K4T在生长发育各时期均表现出较强的耐热性。在正常生长条件下，A8S和K4T在上述各方面均无明显差异（图2）。

田间高温胁迫主要发生在小麦灌浆期。对田间高温胁迫条件下A8S和K4T的籽粒发育过程进行观察，结果发现，与K4T相比，自花后10天起，A8S籽粒较为肿胀，腹沟处积存了较多的液体，籽粒糖含量显著增加。推测可能是高温抑制了糖向淀粉的转化，使得籽粒干物质积累不足，籽粒皱缩（图3）。

接下来，作者对控制小麦耐热性的基因（TaHST2）进行了图位克隆。作者使用660K芯片检测了A8S和K4T中的差异SNP，在4D染色体短臂上找到了与耐热性连锁的目标区间。之后，在A8S和K4T杂交后代中筛选目标区间交换单株，结合表型将TaHST2定位在4D染色体短臂上约485Kb的区间（图4）。生物信息学分析结果发现，该区间包含8个高置信度基因和10个低置信度基因（图5）。转录组数据分析和荧光定量PCR验证结果发现，A8S和K4T在候选区间仅有一个差异表达基因（TraesCS4D03G0053000）。该基因很可能就是TaHST2的候选基因（图6）。

使用候选基因目标区间的两个分子标记对803份普通小麦和85份粗山羊草（小麦D基因组供体）的TaHST2基因型进行了检测，结果发现所有普通小麦在该区间均为耐热单倍型；而在粗山羊草中依然存在单倍型的多态性。由此表明，TaHST2可能是维持小麦基础耐热性所必需的基因，且在驯化过程中经历了强烈的人工选择。

2022年7月4日，该研究结果以“Heat Stress Tolerance 2 Confers Basal Heat Stress Tolerance in Allohexaploid Wheat (Triticum aestivum L.)”为题目发表在Journal of Experimental Biology杂志上。中国农业大学小麦研究中心李保云教授博士生张润琪为第一完成人，博士研究生刘国玉和已毕业博士徐焕文也作出了重要贡献。小麦研究中心孙其信教授，倪中福教授和河南科技学院翟会杰博士等对该工作进行了细心指导和帮助。

该研究得到了国家自然科学基金重点项目（32130078）和国家自然科学基金重大项目（31991214）的资助。

转自：植物科学SCI

如有侵权，请联系本站删除！