我院康振生院士團(tuán)隊在小麥氣孔指數(shù)遺傳調(diào)控方面取得新進(jìn)展

近日，植物保護(hù)學(xué)院康振生院士團(tuán)隊在國際知名期刊Plant, Cell & Environment上發(fā)表了題為“Genome-wide association study revealed  TaHXK3-2A as a candidate gene controlling stomatal index in wheat seedlings”的研究論文，解析了小麥氣孔指數(shù)遺傳基礎(chǔ)，發(fā)掘并闡明了己糖激酶基因 TaHXK3-2A 調(diào)控小麥氣孔密度和抗旱性的生物學(xué)功能。植保學(xué)院在讀博士李淑敏和已畢業(yè)博士余世洲為論文并列一作，毛虎德副研究員和康振生院士為該論文的共同通訊作者。

氣孔是控制植物與環(huán)境氣體交換的重要通道。氣孔開度、大小、密度等性狀的調(diào)控會極大地影響植物光合作用和水分利用效率，進(jìn)而影響產(chǎn)量。因此，發(fā)掘小麥氣孔相關(guān)性狀的多樣性和遺傳基礎(chǔ)，將為提高小麥的生產(chǎn)力和抗逆性提供重要的信息。小麥種質(zhì)資源豐富，在長期的自然進(jìn)化和人工選擇中積累了大量自然變異，這些自然變異也是許多重要農(nóng)藝性狀形成的基礎(chǔ)。因此，解析小麥氣孔性狀的遺傳基礎(chǔ)，挖掘重要的調(diào)控基因?qū)τ谛←溸z傳改良具有重要意義。

該研究利用小麥葉片表皮顯微圖像氣孔指數(shù)自動統(tǒng)計的方法，完成了539份小麥種質(zhì)葉片氣孔指數(shù)的高通量采集，結(jié)合小麥660K芯片掃描獲得的遺傳標(biāo)記數(shù)據(jù)，通過全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS），解析了葉片氣孔指數(shù)的遺傳基礎(chǔ)，發(fā)掘了130個與小麥幼苗葉片氣孔指數(shù)顯著關(guān)聯(lián)的SNP。這些顯著關(guān)聯(lián)的SNP主要分布在小麥16條染色體上，涉及2625個參與應(yīng)激反應(yīng)、代謝和細(xì)胞/器官發(fā)育相關(guān)的候選基因。進(jìn)一步通過BSA-seq、基因表達(dá)分析和候選基因關(guān)聯(lián)分析，解析了2A染色體上決定小麥幼苗葉片氣孔指數(shù)的主效遺傳位點(diǎn)，挖掘并明確了己糖激酶基因 TaHXK3-2A 調(diào)控小麥氣孔密度的生物學(xué)功能。另外，研究表明， TaHXK3-2A 過表達(dá)小麥株系對干旱更加敏感。進(jìn)一步代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn) TaHXK3-2A 過表達(dá)株系通過調(diào)控葡萄糖代謝途徑降低了葉片表皮細(xì)胞的大小，從而導(dǎo)致氣孔密度增加。由于蒸騰作用增強(qiáng)，最終導(dǎo)致了 TaHXK3-2A 過表達(dá)株系對干旱更加敏感。

TaHXK3-2A 調(diào)控小麥抗旱性的作用機(jī)制

該研究率先通過高通量圖像識別及統(tǒng)計方法，分析了小麥葉片氣孔指數(shù)的多樣性，并解析了小麥葉片氣孔指數(shù)的遺傳基礎(chǔ)，豐富了植物氣孔性狀調(diào)控的遺傳信息。同時，發(fā)現(xiàn)了己糖激酶（HXK）家族基因新的調(diào)控功能，為氣孔性狀的改變影響植物水分利用效率和抗旱性提供了新的科學(xué)證據(jù)，為小麥抗旱遺傳改良提供新的思路。

該研究得到了國家自然科學(xué)基金、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃等項目的資助。

原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35545896/

編輯：劉小鳳

審核：郭   軍