小麦红色胚芽鞘调控基因的鉴定及CAPS标记开发OA

小麦红色胚芽鞘具有抗氧化、光保护和增强苗期抗逆性的生理功能。为解析小麦红色胚芽鞘的分子调控机制、完善形态标记辅助育种理论与技术,本研究以普通小麦宁7840(白色胚芽鞘,母本)与Clark(红色胚芽鞘,父本)杂交构建的127个F_(12)代重组自交系(RIL)群体为材料,通过完备复合区间作图法(ICIM-ADD)结合高密度遗传图谱(含593个SNP和402个SSR标记)定位红色胚芽鞘调控QTL;利用比较基因组学比对小麦与二穗短柄草、高粱、水稻的染色体共线性区域,筛选花青素调控相关候选基因;克隆候选基因并分析红色与白色胚芽鞘株系的序列差异,开发CAPS标记并验证基因-表型关联性;通过亚细胞定位和小麦愈伤组织瞬时表达检验基因特性及功能。结果表明,127个RIL群体中红色与白色胚芽鞘株系的比例为1∶1;在7A染色体上检测到1个红色胚芽鞘主效QTL(qRc-7A),其位于Xsnp7205与Xsnp5258标记间(1.69 cM),解释66.4%表型变异。该定位区间与二穗短柄草1号染色体、高粱10号染色体及水稻6号染色体对应区段存在共线性关系。在高粱和水稻的共线性区域中,存在2个花青素调控相关的R2R3-MYB转录因子编码基因,二者与小麦7A染色体上的TraesCS7A02G165700基因序列高度相似,推测其为调控小麦红色胚芽鞘花青素合成的关键候选基因,将该基因命名为TaC1。红色胚芽鞘株系中,TaC1a的cDNA长度为774 bp,编码258个氨基酸,其蛋白含完整R2R3结构域及motif 5结构域;白色胚芽鞘株系中,TaC1b因714 bp碱基缺失发生移码突变,缺失motif 5。TaC1a定位于细胞核,在小麦愈伤瞬时表达中能诱导积累花青素,而TaC1b则无此功能。CAPS标记检测显示,TaC1a与红色胚芽鞘性状显著关联,但4份红色胚芽鞘材料(如黑小麦76)携带TaC1b。综上所述,TaC1是调控小麦红色胚芽鞘花青素合成的核心基因,TaC1b因碱基缺失丧失功能;基于该变异的CAPS标记可用于分子鉴定,但部分材料红色性状依赖其他基因调控,需进一步解析多基因互作机制。