小麦小穗紧颖突变体sscg1的遗传精细定位及生长素信号通路调控机制研究

《Gene》：Heredity and gene fine mapping of a small spikelet and compact glume 1 ( sscg1) mutant in wheat

本文报道了通过EMS诱变获得的小麦小穗紧颖突变体sscg1，该隐性单基因控制的突变体表现出小穗缩小、颖壳紧凑等典型特征。研究团队通过精细定位将sscg1基因锁定在3AS染色体1.33 Mb区域（147.28-148.61 Mb），并鉴定出7个候选基因。其中TraesCS3A03G0359600HC（编码生长素响应IAA3-like蛋白）在突变体穗发育期几乎不表达，被确定为最可能的致病基因。转录组测序和qRT-PCR分析显示，sscg1突变体中多数TaARF基因表达显著上调，内源生长素（IAA）含量降低，表明IAA信号通路是调控小麦穗发育的关键途径。该研究为小麦产量育种提供了新靶点。

　　

突变体sscg1的表型特征

与野生型Shengnong 1相比，sscg1突变体的穗长显著缩短（图1B、1C，表S1），小穗尺寸减小，颖壳紧凑包裹（图1B、1D）。其小穗密度增加22.28%（图1C，表S1），籽粒更圆更小，粒长和千粒重显著下降（图1E、1F，表S1）。突变体茎节数为4，而野生型为5，且节间长度差异显著（表S1）。细胞学分析显示，sscg1小穗和颖壳的细胞排列紧密，细胞数量减少但体积增大（图2），表明基因突变通过影响细胞分裂和扩张调控器官大小。

sscg1是调控小麦穗发育的新基因

小麦穗形态是影响产量的关键农艺性状，主要由穗长（SPL）、小穗数（SPN）和小穗紧密度（SC）决定。目前已克隆的小麦穗发育基因包括6B染色体上编码TPR蛋白的TaTPR-B1（负调控小穗紧密度）和7D染色体上调控紧穗型的TaSP1。本研究通过图位克隆将sscg1精细定位于3AS染色体1.33 Mb区间，该区域此前未见穗发育相关基因报道，因此sscg1是一个新的穗发育调控基因。候选基因TraesCS3A03G0359600HC编码生长素响应蛋白，其表达缺失导致突变体IAA信号通路紊乱，进而影响穗发育。

结论

本研究从小麦品种Shengnong 1中鉴定到一个新的穗发育异常突变体sscg1。该隐性多效基因影响穗型、粒型、穗长和节间数。sscg1被精细定位于3AS染色体147.28-148.61 Mb区间，开发了13个SSR标记和1个基因特异性标记。转录组分析发现3个穗发育相关基因在突变体中差异表达，生长素信号通路关键基因TaARF表达上调且IAA含量降低，表明sscg1通过调控IAA通路影响穗发育。该基因为小麦产量育种提供了新策略。