[发明专利]一种检测小麦穗分枝抑制相关基因的专用引物及其应用

说明书

技术领域

本发明公开了一种检测小麦穗分枝抑制相关基因的专用引物及其应用，属于分子生物学技术领域。

背景技术

植物育种归根到底是对物种（品种）染色体及染色体外遗传结构的改良。现阶段利用常规育种手段进行育种工作依然是主要途径。主要方法包括选择育种、杂交育种。但是在常规育种过程中我们会遇到一些难以克服的困难。比如，在等位基因的外在表现不明显、等位基因为隐性等位基因、等位基因与其他基因或环境之间存在互作的条件下，基因型的鉴定不便；对等表现型鉴定也相当麻烦；不能进行早期选择；不能更广泛和更大强度的选择；回交育种效率低等等。但是利用分子标记手段来辅助育种将会很好解决以上的问题，大大提高育种效率。分子标记辅助育种是指通过在分子水平上分析与目标基因紧密连锁的分子标记的基因型来叛变目标基因是否存在和对其进行间接选择的一种育种方法。其基本原理是利用与目标基因紧密连锁或表现共分离关系的分子标记对选择个体进行目标区域以及全基因组筛选，从而减少连锁累赘，获得期望的个体，达到提高育种效率的目的。

小麦是世界重要的粮食作物，我国政府首先要确保粮食安全生产。加强小麦新品种的培育，过去、现在和将来都是作物科技工作者的首要任务。发掘和利用与重要经济性状有关的功能基因是实现这一任务的有效途径。由于小麦在世界和我国粮食作物中均占有举足轻重的地位，因此，挖掘小麦重要功能分子标记并用于遗传改良显得十分重要。

小麦产量三要素是亩穗数、穗粒数和千粒重。小麦的分枝穗型可以产生更多数目的籽粒数，来自圆锥小麦的分枝穗型在六倍体小麦中是两个隐性基因控制，相比于普通六倍体小麦的40粒/穗，分枝小麦能够达到70-130粒/穗（图1），这将大大提高小麦的产量。

其中，小麦穗是小麦的一个重要器官，直接影响小麦产量，穗分枝可以显著增加单穗的穗粒数。有效利用控制小麦穗分枝的基因，在分子水平上有目的调控麦穗的发育，对小麦高产栽培和育种均具有重要的意义。

通过研究发现不同物种间，植物花序大小有着显著差异，但在物种内个体之间花序发育相对一致，说明植物花序是受遗传控制。植物器官的花序发育不但受外界环境信号的影响，而且受内部发育信号的控制。在植物体中存在着控制花序的基因。

（1）禾本科植物穗（花序）分枝分子生物学研究进展：

禾本科植物(小麦、玉米、水稻等)花序结构直接影响作物产量，阐明其花序形态建成遗传机制是当前花序发育研究的重要内容。正常水稻花序本身有分枝，因此穗分枝突变体和分子水平的研究相对集中于玉米。

禾本科植物的穗状花序，在营养生长转化为生殖生长过程中，远比拟南芥等模式植物复杂。玉米将顺序产生枝分生组织（BM）、小穗成对分生组织（SPM）、小穗分生组织（SM）和小花和花器的分生组织（FM）。当前有许多与穗发育相关的基因被克隆出来，其中许多基因突变都影响花序正常发育，但与穗分枝形成直接相关的基因涉及分生组织决定(bd1、ra1、ra2、ra3)和分生组织决定/性别决定基因(ts4、ids1)等。

早在2002年，Chuck等证明branched silkless1(bd1)改变玉米的小穗分生组织特性，导致在小穗的位置长出分枝，bd1编码一个ERF转录因子，在小穗分生组织中表达，其表达模式表明，在小穗分生组织的侧生部位进行信号途径调节和分生组织调节。

近来，玉米中还发现一条ramosa通路控制玉米穗分枝。ra1、ra2、ra3三个典型的玉米突变体，雌花序高度分枝。对基因表达模式和双突变的研究表明，ra1是一种锌指结构蛋白，可能是一种转录因子，可以控制花序分支的模式，在初生分生组织的基部表达；ra2、ra3分别在上游调控ra1的表达，ra2基因编码LOD家族转录因子，在花序将要形成叶腋原基的分生组织部位表达，该基因突变将导致玉米正常花序的短分枝(小穗或小穗对)发育为长分枝。RA3是一种代谢蛋白，一种6-磷酸海藻糖磷酸酶，暗示磷酸海藻糖（T6P）本身可能有发育调节作用。在ra3突变体中，ra1表达减少，这意味着ra3直接或间接调节ra1。然而，在穗分枝小麦中克隆到一个ra2同源基因，研究证明是形成小麦穗分枝的基因。

（2）小麦穗分枝研究进展：

与玉米相比，受材料限制，小麦穗分枝的分子研究研究尚处于起步阶段。穗分枝小麦是一个主穗轴，在主穗轴上再次分枝，分枝上在长出小穗，这不同于普通小麦在主穗轴上长出小穗。该穗分枝是一种穗结构的变异类型，不增加主穗轴节数，通过主穗轴节上形成的分枝（支穗轴）上着生多个小穗增加小穗数。