PSW1，一种LRR受体激酶调控花生荚果大小

【作者】 赵昆昆； 邱鼎； 汪龙； 曹增辉； 王扩朋； 李展； 王晓璇； 王金枝； 马倩； 曹地； 齐胤尧； 赵凯； 巩方平； 李忠峰； 任锐； 马兴立； 张幸果； 于峰； 殷冬梅；

【机构】 河南农业大学农学院和花生功能基因组与分子育种工程研究中心； 湖南大学生物学院化学生物传感与计量学国家重点实验室,湖南植物功能基因组与发育调控湖南重点实验室；

【摘要】 【研究背景】花生荚果大小是一个关键的农艺性状,在很大程度上决定了花生的产量。本研究以超小果花生ND_S为母本,超大果花生ND_L为父本构建遗传分离群体,通过正向遗传学手段精细定位,并克隆了控制花生荚果大小的重要功能基因Pod Size/Weight1(PSW1)。PSW1等位基因在启动子上有一个12bp的插入,在编码区有一个点突变,导致丝氨酸突变为异亮氨酸(S618I)的替换,大大增加了m RNA的丰度和PSW1对BAK1结合能力,进而调控下游基因PLT1的表达影响荚果的发育。并开发了2个分子标记(C07_I15和KASP10)用于早期辅助选择育种。研究结果为花生荚果发育调节机制提供了重要的基因资源,为花生产量相关性状遗传改良奠定了理论基础。【材料与方法】本研究选用花生材料为:超小果ND_S和超大果ND_L及其杂交后代和栽培种花生。利用石蜡切片的方法对荚果籽粒和果针的细胞学结构进行观察;BSA混池法进行初定位,SSR、In Del、SV和KASP标记进行精细定位;双荧光素酶报告系统,进行瞬时转录激活实验进行启动子活性分析;RT-qPCR、免疫荧光和RNA原位杂交实验对基因进行表达分析;Y2H、Pull-down和Co-IP进行蛋白互作验证。【结果与分析】(1)亲本ND_L的荚果和籽粒长、宽、百果重、百仁重、表面积和荚果体积等均显著大于ND_S。细胞学分析发现,二者细胞数量和大小差异是造成荚果大小的主要原因。另外,花生根和果针的分生组织中ND_L比ND_S具有更强的细胞分裂能力。(2)将qPSW07缩小到Chr 07号染色体约20.4 kb的区间,其LOD为15.65,解释了40.22%的表型贡献率。经过序列分析和表达分析,最终编码一个富含亮氨酸的受体蛋白激酶基因PSW1,确定为候选基因。(3)PSW1基因在两个亲本ND_S和ND_L的编码区和启动子区域均存在差异,该基因在大果ND_L编码区1,853 bp处的保守结构域LRR8上发生了一个G>T的核苷酸突变,导致编码的丝氨酸突变为异亮氨酸(S618I),在启动子区-173 bp处有有12 bp (TAA)4的插入。(4)PSW1HapII启动子区域的TAA插入从而增强了基因的表达,编码区T>G的突变可以增强PSW1与AhBAK1的互作亲和力,PSW1通过正调AhPLT1的表达来增强荚果细胞的分裂能力,从而参与花生荚果发育。(5)PSW1HapII是稀有突变类型,仅占6%左右;根据该基因开发的分子标记(C07_I15和KASP10)可以早期辅助选择育种,提高育种效率。【结论】本研究精细定位并克隆了一个调控荚果大小的基因PSW1。天然等位突变PSW1HapII赋予了PSW1更高的表达水平,同时与AhBAK1有更强的互作亲和力,PSW1间接调控下游基因Ah PLT的表达,从而调节花生荚果大小。更多还原