一作解读 | PBJ河南农业大学/中国科学院遗传发育研究所王道文团队在小麦耐热性遗传机制解析方面取得...

随着全球气候变化加剧，极端高温胁迫频繁发生，给世界农业生产带来严峻挑战。小麦是喜凉作物，高温胁迫可显著降低其产量与品质。我国第三次气候变化评估报告中明确指出，选育和应用耐热新品种是农作物生产适应气候变化和应对高温胁迫的主要技术手段。然而，作物耐热属于复杂数量性状，受多基因控制，易被环境影响，表型鉴定难度大，依赖常规育种手段提升作物耐热性具有很大挑战性。因此，完善作物耐热性评价技术体系，深入开展耐热性遗传机制解析和基因挖掘并推进其育种利用是突破现有瓶颈的关键。

近日，PlantBiotechnology Journal 在线发表了河南农业大学/中国科学院遗传与发育生物学研究所王道文团队题为“Wheatheat tolerance is impaired by heightened deletions in the distal end of 4AL chromosomalarm ”的研究论文（doi: 10.1111/pbi.13529）。

该研究以普通小麦E6015-3S（感热）及其近等基因系E6015-4T（耐热）为主要材料（图1、2），将控制小麦耐热性的一个遗传位点（TaHST1）精细定位在4AL染色体臂最末端的0.949 Mbp区段内（图 3）。进一步分析E6015-3S、E6015-4T、国际小麦泛基因组计划测序品种以及3087份世界小麦种质材料，发现该区段呈现高度的核苷酸序列缺失多态性，可造成多个基因的结构变异甚至丢失，从而严重损害小麦的耐热性（图4-6）。基于这项研究，作者认为TaHST1位点在小麦苗期和成株期耐热性的遗传控制中发挥重要作用，TaHST1位点对改良小麦耐热性具有重要意义和实用价值。

图1. E6015-3S 和E6015-4T的来源及其苗期耐热性的差异。

图2. 在田间条件下比较E6015-3S 和E6015-4T成株期耐热性的差异。

图3. 利用E6015-3S 和E6015-4T衍生的遗传群体将TaHST1精细定位于4AL染色体臂末端的0.949Mbp区段。

图4. 通过基因组重测序以及分子标记技术分析TaHST1定位区间在E6015-3S 和E6015-4T间的差异，发现E6015-3S在4AL最末端的0.949 Mbp区段存在大量的核苷酸序列缺失。

图5. 4AL最末端0.949 Mbp区域含有的19个高可信度基因（蓝色方框）在10个泛基因组计划测序品种中的多态性分析，白色方框代表基因缺失。

图6. TaHST1区段的单倍型分析。使用5个分子标记对来自全球的3,087份小麦种质材料进行单倍型分析，共检测到15种单倍型，其中Hap1（E6015-4T）、Hap2（E6015-3S）、Hap3和Hap4为主要单倍型类型。生态环境和人工育种对Hap1有一定的正向选择作用，但当前Hap2在国内外小麦中的频率仍然很高。通过分子标记辅助选择提高Hap1的频率，有利于尽快提升全球小麦的耐热性。

河南农业大学博士后翟会杰和王道文实验室已出站博士后蒋枞璁、赵悦为论文共同第一作者，王道文研究员、张坤普副研究员和李广伟博士为论文共同通讯作者。中国科学院遗传与发育生物学研究所鲁非研究员和李义文博士、黑龙江农科院张延滨研究员、河南科技学院欧行奇教授以及国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）Matthew Reynolds博士等也参与了本项研究。本研究得到了科技部重点研发项目（2017YFD0100600和2017YFD0101000）以及中国博士后科学基金（2018M630820）和河南省博士后科学基金的资助。