一作解读 | 小麦生物钟基因TaPRR1的功能分析

生物节律钟是光周期调控的核心部分，伪应答调节因子（Pseudo-Response Regulators, PRRs）是生物节律调控网络的关键组分。小麦著名绿色革命基因Ppd-1（TaPRR37）作为PRR家族成员，对提高小麦产量作出了重大贡献。Ppd-1基因不仅影响小麦的光周期敏感性，还与小麦的株高、千粒重等重要农艺性状相关。此外，小麦PRR家族成员TaPRR73已报道影响小麦的抽穗期和株高。但是对于小麦生物钟核心成员TaPRR1，其功能研究相对较少。

近日，鲁东大学麦类分子育种创新团队与中国农业科学院作物科学研究所、中国科学院植物研究所合作在《Frontiers in Plant Science》在线发表了题为《The Circadian Clock Gene, TaPRR1, Is Associated With Yield-Related Traits in Wheat (Triticum aestivumL.)》的论文。该研究对小麦生物钟核心成员TaPRR1进行了功能分析，主要取得如下研究结果：

（1）小麦生物钟基因TaPRR1不同单倍型与产量性状显著相关。根据TaPRR1多态性位点，开发分子标记。结合19个环境自然群体表型数据，通过关联分析，阐明了TaPRR1不同单倍型与小麦产量性状的关系。同时根据660K芯片数据，结合TaPRR1上下游2Mb区间的分子标记，进一步验证TaPRR1的功能（图1）。值得注意的是，TaPRR1-A1与小麦抽穗期显著相关，TaPRR1-6A-Hapla较TaPRR1-6A-Haplb抽穗期提前0.9 - 1.7%。TaPRR1-B1和TaPRR1-D1则影响小麦的株高和千粒重，TaPRR1-6B-Hapla和TaPRR1-6D-Hapla降低株高和增加千粒重的幅度分别为13.3 - 26.4%和6.3 - 17.3%。

（2）小麦TaPRR1基因的表达特征和转录活性分析。TaPRR1在48小时的表达谱以昼夜节律为特征，在短日照和长日照条件下均有两个表达峰值：分别出现在黎明后9小时和18小时。且不同TaPRR1单倍型的表达峰值出现的时间和表达量存在差异（图2）。亚细胞定位和转录活性分析表明，TaPRR1是核定位蛋白，其转录活性受IR结构域控制。

（3）小麦TaPRR1基因在地方种和现代育成品种间存在遗传变异分化。单倍型网络分析表明，TaPRR1的遗传变异在地方种和现代品种之间存在差异。通过分子方差分析，我们推测TaPRR1-A1单倍型存在中等程度的遗传分化，而TaPRR1-B1和TaPRR1-D1存在高度的遗传分化。虽然地域分布显示TaPRR1-6A-Hapla、TaPRR1-6B-Haplb和TaPRR1-6D-Haplb是主要分布的单倍型。但在现代品种选育的过程中，优异单倍型TaPRR1-6B-Hapla和TaPRR1-6D-Hapla所占比重大大增加，受到了人工选择（图3）。

鲁东大学麦类分子育种创新团队孙晗副教授、中国科学院植物研究所郭志爱博士、中国农业科学院作科所贾继增研究员为该论文的共同通讯作者。该研究受到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、烟台市重点研发计划等项目资助。