结合多组学的思路探究Qltn.sicau-2D调控分蘖的潜在机制取得新进展

分蘖是影响小麦穗数并进而影响单产的重要农艺性状之一，具有重要的研究价值。Donald (1968) 曾提出，生产潜力最大的理想小麦株型应当具有叶片直立，大穗，秆矮或独秆，独秆表型对穗子籽粒的形成起间接推动作用。课题组利用寡分蘖材料H461和多分蘖品种川农16杂交构建重组自交系群体，结合多年多点的分蘖表型和90K SNP芯片数据，在2D上定位到一个稳定存在的寡分蘖QTL（Qltn.sicau-2D），解释19.1%表型变异，同时构建了H461和川麦107、绵麦37的分离群体，证明Qltn.sicau-2D的遗传效应在不同遗传背景中均显著作用。为了进一步了解该分蘖基因的分子作用机制，本研究结合多组学的方法进行了相应的探索，获得以下结果：

1、成功创制两对携带寡分蘖Qltn.sicau-2D位点的分蘖近等基因系。分蘖近等基因系材料中的多-寡材料的分蘖差异显著，株高和开花期无显著差异。通过55k基因芯片检测，在NIL1A和NIL1B之间95%的标记一致；在NIL7A和NIL7B之间97.3%的标记一致。这说明分蘖近等基因系在遗传背景上已经高度一致。进一步对两对近等基因系间的多态性标记分析，剔除在多-多，寡-寡间存在多态性的标记，一共获得33个在多-寡间存在多态性的标记，其中17个位于Qltn.sicau-2D的初定位区间内，另外16个标记随机分散分布在其余20条染色体上，没有聚集。这说明这两对分蘖近等基因系的差异主要来自Qltn.sicau-2D位点。

2、通过对分蘖近等基因系材料的分蘖节观察，发现在多和寡材料中，均有腋芽（分蘖芽）组织，但寡分蘖的腋芽伸长生长受到抑制，不能发育形成分蘖。因此，分别收集多和寡材料的分蘖节组织，进行转录组/蛋白组/代谢组分析。在筛选DEGs/DEPs/DEMs时，筛选条件为：两对近等基因系多-寡间的共有差异表达基因，同时剔除在多-多和寡-寡中的差异表达基因。获得共有的474个差异表达基因，166个差异表达蛋白和28个差异代谢物。

3、对差异表达基因/蛋白/代谢物进行通路富集分析，发现差异表达基因/蛋白/代谢物主要富集在木质素和纤维素的生物合成，细胞分裂，细胞周期，甘油磷脂生物合成途径。前人的研究发现CPA抑制细胞分裂和增殖，LPC和LPE可以刺激细胞分裂、增殖。在本研究结果中，寡分蘖材料中的CPA含量显著上调，LPE、LPC和与细胞分裂、增殖相关的基因/蛋白显著下调，这可能与寡分蘖材料分蘖减少有关。已有研究结果证明纤维素合成酶、COBRA、4CL基因的功能改变会引起木质素含量和分蘖数量的变化，本研究中差异表达基因/蛋白/代谢物在木质素和纤维素合成途径富集，说明这些通路可能与寡分蘖材料分蘖减少有关。这些结果为后续的候选基因的筛选提供了新的方向。

参考文献

Donald, C. T. (1968). The breeding of crop ideotypes. Euphytica, 17(3), 385-403.

Wang ZQ, Liu YX, Shi HR, Mo HJ, Wu FK, Lin Y, Zheng YL (2016) Identification and validation of novel low-tiller number QTL in common wheat. Theoretical and applied genetics, 129(3):603-612

Wang, ZQ, Shi, HR, Yu, SF. et al. (2019) Comprehensive transcriptomics, proteomics, and metabolomics analyses of the mechanisms regulating tiller production in low-tillering wheat. Theoretical and applied genetics