本发明专利技术公开一个小麦穗型发育调控基因wbh1及其分子标记和应用。以小麦基因组DNA为模板，用SEQ ID NO.1所示的上游引物XCINAUBH‑1F和SEQ ID NO.2所示的下游引物XCINAUBH‑1R进行PCR扩增能够获得不同小麦品种中的wbh1全长基因。追踪wbh1‑7BL基因的1个共显性分子标记Xcinaubh‑2，该分子标记的引物由SEQ ID NO.3所示的上游引物XCINAUBH‑2F和SEQ ID NO.4所示的下游引物X CINAUBH‑2R组成。wbh1基因在小麦中的表达量与小麦穗型发育密切相关降低其表达量，有利于通过改变小麦穗部形态，提高小穗数和穗粒数，从而提高小麦产量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开一个小麦穗型发育调控基因wbh1及其分子标记和应用，属于植物育种
技术介绍
小麦是世界上主要的粮食作物，在遗传改良过程中，由于长期人工定向选择，导致新的育成品种普遍呈现出遗传基础日益狭窄的趋势，突出表现为产量水平进一步提高的瓶颈制约效应。由于全球人口剧增和耕地面积不断缩小，“粮食安全”问题正越来越受到世界各小麦主产国的重视并纷纷加大了对小麦生产的投入，许多研究机构也将超高产小麦育种列入育种计划。过去的几十年，小麦品种遗传改良对产量水平的提高成果显著，小麦产量的表现形式—群体穗数、每穗粒数和千粒重也有相应的提高。归纳前人对小麦品种演变过程中产量构成因素变化的研究结果，多数认为现代品种的穗粒数和千粒重高于老品种且高产品种的群体穗数已接近极限，进一步提升的空间有限。因此，在保持现有群体和株型的高产水平条件下，小麦单产水平的进一步突破，需依赖穗粒数的增加。小麦的穗型主要包括正常穗型(normal spike type)和多小穗类型(multi spikelet type)。多小穗类型是通过额外增加小穗数和穗粒数从而增加单株产量潜力的遗传类型，并根据增加小穗数的方式和形态特征细分为：四排小穗类、分支穗类、并列小穗类和双穗类等(见参考文献：杨先泉，任正隆.关于多小穗类小麦资源类型与遗传基础的几个问题。西南农业学报，1999,12(2),112-119.)。相比正常的小麦穗型，多小穗类型的穗部形态均发生了变化，因此，分析控制小麦穗型的分子机制和挖掘重要调控基因对小麦产量改良具有潜在的利用价值。小麦幼穗分化是决定小麦穗型的基础，包括一系列连续且阶段清晰的过程，主要有1)生长锥伸长期；2)单棱期；3)二棱期；4)护颖原基分化期；5)小花分化期；6)雌雄蕊原基分化期；7)药隔形成期；8)四分体形成期。由此可见，小麦的穗发育是一个多阶段时序进行的过程，也是一个多基因时序表达的分子网络调控过程。这样决定小麦穗粒数的因素包括：穗原基的产生，花序结构模式，花原基的产生和花器官的发育及后续的花干细胞的程序性终止。其中二棱期和护颖分化期是影响穗型发育的关键时期。由于小麦的穗发育包括多个阶段清晰的分化时期，由众多时序表达的基因调控各个阶段的发育，同时各个发育时期在组织学上很容易辨别分离，因此可以通过分离各个发育时期的小麦幼穗，利用RNA-Seq技术在基因组转录水平分析特定发育时期的基因表达。整合整个穗发育时期基因的表达，可以分析特定发育时期特异表达的基因以及整个发育时期基因表达的动态变化，从而揭示影响小麦穗发育的关键功能基因。近来RNA-Seq技术的发展及小麦基因组测序的完成及基因注释的完善为在基因组水平上解析小麦穗发育中基因动态表达及分子调控网络提供了可能。正常小麦穗型是复穗状花序，每个穗轴节片上着生1个小穗。多小穗类型四排穗是指小麦中下部的穗轴节片上近垂直着生2个无柄小穗的穗部形态，显著增加了小穗数和穗粒数，同时籽粒千粒重并未减少，该多小穗性状对提高小麦产量有潜在的利用价值(见参考文献：张瑞奇，王秀娥，陈佩度.圆锥小麦四排穗性状基因的遗传及分子标记分析.作物学报，2013,39(1):29-33.)。而多小穗分枝穗则是小麦中下部的穗轴节片上着生侧枝，其上着生小穗。
技术实现思路
本专利技术的目的是公开一个小麦穗型发育相关基因wbh1的DNA序列、氨基酸序列及其相关引物Xcinaubh-1和Xcinaubh-2。本专利技术所述的wbh1基因的DNA序列包括位于7AL上的wbh1-7AL和wbh1-7BL。wbh1-7AL的DNA序列全长是825bp，正常穗与多小穗类型中该基因序列相同，核苷酸序列如SEQ ID NO.5所示，编码274个氨基酸，氨基酸序列如SEQ ID NO.6所示；wbh1-7BL的DNA序列有两种类型，正常穗wbh1-7BL DNA序列全长是825bp，核苷酸序列如SEQ ID NO.7所示，编码274个氨基酸，氨基酸序列如SEQ ID NO.8所示，与wbh1-7AL序列完全相同；而多小穗wbh1-7BL DNA序列全长是855bp，比正常穗类型多30bp，核苷酸序列如SEQ ID NO.9所示，编码284个氨基酸，氨基酸序列如SEQ ID NO.10所示。以小麦基因组DNA为模板，用SEQ ID NO.1所示的上游引物XCINAUBH-1F和SEQ ID NO.2所示的下游引物XCINAUBH-1R进行PCR扩增能够获得不同小麦品种中的wbh1全长基因。本专利技术所述的小麦穗型发育相关基因wbh1在改变小麦穗部形态，提高小穗数和穗粒数，从而提高小麦产量中的应用。利用生物技术方法对该基因进行RNAi干扰或基因敲除，降低其表达量，从而实现改变小麦穗部形态，提高小穗数和穗粒数，从而提高小麦产量中的应用。用于扩增本专利技术所述wbh1基因的引物Xcinaubh-1，XCINAUBH-1F:AATCACTGGAGCACATGAAGG(SEQ ID NO.1)，CINAUBH-1R:ATCACTCTTGGTAGGGTCGTTG(SEQ ID NO.2)。利用该引物能扩增出不同穗型小麦中的wbh1基因全长。追踪本专利技术所述wbh1-7BL基因的1个共显性分子标记Xcinaubh-2，该分子标记引物为XCINAUBH-2F：TTCCGTGGCCAGTTATCATG(SEQ ID NO.3)，XCINAUBH-2R:TCACGCTCTAGGACACTTGT(SEQ ID NO.4)；利用该分子标记引物对不同穗型的小麦进行PCR扩增，正常穗型的小麦该引物仅能扩增出125bp特异条带；在多小穗类型的小麦能同时扩增出155bp特异条带和125bp特异条带。本专利技术所述共显性分子标记Xcinaubh-2的引物在区分正常穗型的小麦和多小穗类型的小麦中的应用，利用该引物对不同穗型的小麦进行PCR扩增，正常穗型的小麦该引物仅能扩增出125bp特异条带；在多小穗类型的小麦能同时扩增出155bp特异条带和125bp特异条带。有益效果：我们以公知公用不同穗型小麦品种中国春(穗部形态为正常穗)、0880(穗部形态为四排穗)和分33(穗部形态为分支穗)为材料(见参考文献：张瑞奇，王秀娥，陈佩度.圆锥小麦四排穗性状基因的遗传及分子标记分析.作物学报，2013,39(1):29-33.任德良，孙松茂，魏建国.多枝多粒穗小麦—分33.现代农业,1994,12.)(图1)利用RNA-Seq比较分析了不同穗型近等基因系材料幼穗组织在二棱期和护颖分化期差异表达基因，获得了一个在多小穗幼穗组织中极显著下调表达的基因wbh1，并把该基因定位于小麦第7部分同源群染色体长臂上，对比该基因的cDNA序列和gDNA序列发现，该基因没有内含子。我们根据转录组测序的序列信息，设计了能扩增该基因全长的引物Xcinaubh-1，该引物在所有正常穗型小麦中只扩增出一种ORF序列全长825bp的基因型，而多小穗类型小麦中有两种基因型，一种是位于7AL上的ORF序列全长825bp的基因型与位于7BL上的ORF序列全长855bp基因型。Q-PCR分析结果表明，位于7BL上的wbh1基因在所有多小穗类型材料幼穗组织中均显著下调表达。根据wbh1-7BL基因在多小穗类型和正常穗序列本文档来自技高网...
【技术保护点】
一个小麦穗型发育相关基因wbh1，其特征在于该基因包括位于7AL上的wbh1‑7AL和wbh1‑7BL；以小麦基因组DNA为模板，用SEQ ID NO.1所示的上游引物XCINAUBH‑1F和SEQ ID NO.2所示的下游引物X CINAUBH‑1R进行PCR扩增能够获得不同小麦品种中的wbh1全长基因。
【技术特征摘要】
1.一个小麦穗型发育相关基因wbh1，其特征在于该基因包括位于7AL上的wbh1-7AL和wbh1-7BL；以小麦基因组DNA为模板，用SEQ ID NO.1所示的上游引物XCINAUBH-1F和SEQ ID NO.2所示的下游引物X CINAUBH-1R进行PCR扩增能够获得不同小麦品种中的wbh1全长基因。2.根据权利要求1所述的小麦穗型发育相关基因wbh1，其特征在于该基因包括位于7AL上的wbh1-7AL和wbh1-7BL；wbh1-7AL在正常穗与多小穗类型小麦中序列相同，核苷酸序列如SEQ ID NO.5所示；wbh1-7BL的DNA序列有两种类型，正常穗小麦中wbh1-7BL DNA序列如SEQ ID NO.7所示，而多小穗小麦中wbh1-7BL DNA序列如SEQ ID NO.9所示。3.权利要求1或2所述的小麦穗型发育相关基因wbh1在改变小麦穗部形态，提高小穗数和穗粒数，从而提高小麦产量中的应用。4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于利用生物技术方法对该基因进行RNAi干扰或基因敲除，降低其表达量，从而实现改变小麦穗部形态，提高小穗数和穗粒数，从而提高小麦产量中的应用。5.用于扩增小麦或其...
【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞奇，陈娟，侯富，冯祎高，曹爱忠，邢莉萍，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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