调控小麦穗分枝的基因及其应用

本发明属于农作物基因工程，具体涉及一种调控小麦穗分枝的基因及其应用。

背景技术：

1、禾谷类作物是人类碳水化合物的主要来源，其产量在很大程度上取决于花序结构，它们的花序结构由花序分生组织(inflorescence meristem，im)形成的分生组织类型决定。禾本科植物的im经过一个分枝分生组织(branch meristem，bm)识别过程，随后形成小穗分生组织(spikelet meristem，sm)。在产生一定数量的分枝和小穗后，bm本身也转化为sm，sm产生花分生组织(floret meristem，fm)，最终，fm产生花器官。简言之，禾谷类作物花序的发育一般是从im>bm>sm>fm的转变。禾谷类作物花序的分枝在获得小穗的命运时被终止，花序的整体型态由形成小穗的时期限制，因此sm的形成是花序形态建成的主要决定因素。通常，延迟sm的识别会形成更多的分枝，产生大的花序。普通穗型小麦的im不产生任何侧生的bm，直接形成sm。然而，穗分枝小麦花序的中下部形成了bm(最终形成分枝穗)以及异位的sm(最终形成四排穗或多重穗)。由于穗分枝小麦形成了数个着生多个小穗的支穗轴和异位小穗而增加了小穗数，导致了产量构成三要素之一的穗粒数显著增加，具有很大的增产潜力。

2、四倍体小麦穗分枝性状主要受chr-2as和chr-2bs上的基因控制；六倍体小麦穗分枝性状的发育主要受chr-2as、chr-2bs和chr-2ds上的基因控制。小麦chr2上的水稻fzp(frizzy panicle)的直系同源基因，编码ap2/erf类转录因子，调控小麦穗分枝性状的形成，在小麦中已研究的基因包括wfzp-2a、wfzp-d、ttbh-a1、ttfzp-2a和ttfzp-2b。然而，其他研究人员在对小麦穗分枝性状的研究中发现上述基因突变的植株均表现为四排穗和多重穗，不产生分枝穗。穗分枝性状一般分为四排穗(four-rowed spike,frs)、多重穗(multirow spike,mrs)和分枝穗(ramified spike,rs)，其中四排穗和分枝穗性状可以稳定遗传，但是分枝穗性状如何形成仍然未知。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明中通过遗传学分析、660k芯片性状定位、比较转录组学分析、snp-caps标记与穗分枝性状共分离分析以及基因编辑发现wfzp-2a、wfzp-2b、和wfzp-2d共同调控小麦分枝穗、多重穗和四排穗性状的形成。这些基因的保守区序列发生突变，可使普通小麦形成四排穗、多重穗和分枝穗，具体表现为在四倍体小麦中，ttfzp-2a纯合单独突变形成四排穗性状，ttfzp-2a和ttfzp-2b纯合双突变的植株表现为分枝穗性状，ttfzp-2a纯合突变，ttfzp-2b杂合多表现为多重穗。在六倍体小麦中，wfzp-2a、wfzp-2b、和wfzp-2d同时突变的植株表现为分枝穗，wfzp-2a或wfzp-2d纯合突变的株系表现为四排穗性状。本专利申请保护小麦wfzp的保守序列调控穗分枝性状的应用。

2、为了达到上述目的，本发明可以采用以下技术方案：

3、本发明一方面提供一种调控小麦穗分枝性状的基因，其特征在于，包括：(1)位于chr-2as和chr-2bs上的ttfzp-2a和ttfzp-2b调控四倍体小麦穗分枝性状；和/或(2)位于chr2上的wfzp-2a、wfzp-2b和wfzp-2d调控六倍体小麦穗分枝性状。

4、本发明另一方面提供引物对，用于pcr扩增上述的调控小麦穗分枝性状的基因。

5、本发明再一方面提供一种上述的调控小麦穗分枝性状的基因或的引物对或权利要求4所述的生物材料在小麦遗传育种中的应用。

6、本发明再一方面提供一种wfzp基因编辑小麦种质资源，其包括了导致小麦形成四排穗和分枝穗的突变基因。

7、本发明有益效果至少包括：本发明提供的位于调控小麦穗分枝性状的基因(小麦chr2上的wfzp)可以调控四倍体小麦和六倍体小麦的穗分枝性状(包含了分枝穗、多重穗和四排穗)，有利于小麦遗传育种。

技术特征：

1.调控小麦穗分枝性状的基因，其特征在于，包括：(1)位于chr-2as和chr-2bs上的ttfzp-2a和ttfzp-2b调控四倍体小麦穗分枝性状；和/或(2)位于chr2上的wfzp-2a、wfzp-2b和wfzp-2d调控六倍体小麦穗分枝性状。

2.引物对，其特征在于，用于pcr扩增权利要求1所述的调控小麦穗分枝性状的基因。

3.根据权利要求2所述的引物对，其特征在于，包括：

4.生物材料，其特征在于，包括权利要求1所述的调控小麦穗分枝的基因。

5.根据权利要求3所述的生物材料，其特征在于，包括基因表达盒、工程细菌或工程细胞。

6.权利要求1所述的调控小麦穗分枝性状的基因或权利要求2或3所述的引物对或权利要求4所述的生物材料在小麦遗传育种中的应用。

7.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，应用包括：在四倍体小麦中，ttfzp-2a纯合单独突变形成四排穗性状，ttfzp-2a和ttfzp-2b纯合双突变的植株表现为分枝穗性状，ttfzp-2a纯合突变，ttfzp-2b杂合多表现为多重穗；在六倍体小麦中，wfzp-2a、wfzp-2b、和wfzp-2d同时突变的植株表现为分枝穗，wfzp-2a或wfzp-2d纯合突变的株系表现为四排穗性状。

8.一种wfzp基因编辑小麦种质资源，其包括了导致小麦形成四排穗和分枝穗的突变基因。

技术总结
本发明属于农作物基因工程技术领域，具体涉及一种调控小麦穗分枝性状的基因及其应用。调控小麦穗分枝的基因，其特征在于，包括：(1)位于Chr‑2AS和Chr‑2BS上的TtFZP‑2A和TtFZP‑2B调控四倍体小麦穗分枝性状；和/或(2)位于Chr2上的WFZP‑2A、WFZP‑2B和WFZP‑2D调控六倍体小麦穗分枝性状。本发明提供的位于Chr‑2AS和Chr‑2BS上的TtFZP‑2A和TtFZP‑2B可以调控四倍体小麦穗分枝性状；位于Chr2上的WFZP‑2A、WFZP‑2B和WFZP‑2D可以调控六倍体小麦穗分枝性状，有利于小麦遗传育种。

技术研发人员：南文智,刘婷婷,王志龙
受保护的技术使用者：榆林学院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8