一个新的ERF基因的鉴定gydF4y2BaTaERF8gydF4y2Ba，与小麦株高和产量有关gydF4y2Ba

背景gydF4y2Ba

乙烯反应因子(ERF)参与植物生长发育和逆境反应的各个过程。在小麦中，已经鉴定了几种erf，并阐明了它们在介导生物或非生物胁迫中的作用。然而，它们对小麦株型和产量相关性状的影响尚缺乏研究。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

本研究从小麦中分离到ERF家族的新成员TaERF8gydF4y2BaTriticum Aestivum.gydF4y2Bal .)。三个同源性gydF4y2BaTaERF8gydF4y2Ba的基因,gydF4y2BaTaerf8-2agydF4y2Ba，gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba和gydF4y2BaTaerf8-2DgydF4y2Ba(根据亚基因组起源命名)，克隆自普通小麦品种中国春。3个同源基因的蛋白序列高度相似，具有相同的AP2结构域。同源序列多态性分析分别建立了10个、2个和3个单倍型。表达分析显示gydF4y2BaTaERF8sgydF4y2Ba在整个小麦发育阶段都有组成表达。相关农艺性状分析gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba过表达转基因株系表明gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba对植株结构和产量相关性状起调节作用。之间的关联分析gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba单倍型（gydF4y2BaHap-2B-1gydF4y2Ba和gydF4y2BaHap-2B-2gydF4y2Ba)和农艺性状表明gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba与株高、抽穗期和千粒重相关。的gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba单倍型分布分析显示gydF4y2BaHap-2B-2gydF4y2Ba融资在驯化辐射小麦和现代品种中增加，在中国五大小麦产区中占主导地位。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

这些结果表明gydF4y2BaTaERF8sgydF4y2Ba不同程度地参与调控小麦的生长发育。单体型gydF4y2BaHap-2B-2gydF4y2Ba在中国小麦驯化和育种中得到了广泛的应用。揭示了这里所描述的分子标记gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba-InDel可用于小麦分子标记辅助选择、植株结构和TKW的改良。gydF4y2Ba

APETALA2/Ethylene Responsive Factor (AP2/ERF)超家族，植物界最大的转录因子家族之一[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，广泛参与各种调节事件，包括植物发育、植物防御以及对环境刺激的反应[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba］．AP2/ERF超家族的特征是AP2结构域，该结构域首次在蛋白中被发现gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba花的发育。根据AP2结构域的数量和其他结构特征，AP2/ERF超家族分为4个家族:ERF、AP2、RAV和soloist [gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba4gydF4y2Ba］．其中，ERF家族又可细分为ERF和DREB两个亚家族[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba］．ERF亚家族的特征在于AP2结构域的β-片中的两个特征保守的氨基酸残基，即第14 Ala（A14）和第19展（D19），其将ERF亚家族与DREB亚家族区分开[gydF4y2Ba5gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

ERF亚家族的转录因子参与各种调节事件。到目前为止，大量ERF基因在转基因植物中过表达时，已显示出增强对非生物胁迫的耐受性或对多种疾病的抗性，使它们成为作物改良的理想候选基因[gydF4y2Ba6gydF4y2Ba］．番茄ERF基因的异位表达gydF4y2BaJERF1gydF4y2Ba和gydF4y2BaJERF3gydF4y2Ba水稻提高抗旱能力[gydF4y2Ba7gydF4y2Ba，gydF4y2Ba8gydF4y2Ba］．过度的番茄gydF4y2BaOPBP1gydF4y2Ba提供对转基因烟草植物的真菌和细菌病原体的抗性[gydF4y2Ba9gydF4y2Ba］．同样，烟草gydF4y2BaNtERF5gydF4y2Ba过度表达增强对烟草花叶病毒的抵抗力[gydF4y2Ba10gydF4y2Ba］．此外，水稻ERF基因的组成性表达gydF4y2BaSub1AgydF4y2Ba增强潜水耐受性[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba，而其他水稻ERF基因如gydF4y2BaSNORKEL1gydF4y2Ba和gydF4y2BaSNORKEL2gydF4y2Ba提高转基因植物在深水中的适应性[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba］．到目前为止，已经报道了几个小麦ERF基因参与胁迫反应。表达的gydF4y2BaTaERF1gydF4y2Ba和gydF4y2BaTaERF3gydF4y2Ba增强抗旱能力，同时gydF4y2BaTaPIE1gydF4y2Ba提高转基因小麦植物的抗冻性[gydF4y2Ba6gydF4y2Ba，gydF4y2Ba13gydF4y2Ba，gydF4y2Ba14gydF4y2Ba］．此外，小麦植株过度表达gydF4y2BaTaPIE1gydF4y2Ba还显示出对坏养殖病原体的抗性增加gydF4y2BaRhizoctonia cerealis.gydF4y2Ba［gydF4y2Ba14gydF4y2Ba］．除了对非生物或生物的压力作出反应外，它们在调节生长和发育过程中的作用亦已在先前的研究中加以阐述[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，gydF4y2Ba6gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba小块土地芽增强剂gydF4y2Ba（gydF4y2Ba电子束曝光gydF4y2Ba），ERF基因gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba，有报道影响芽枝和腋芽的生长[gydF4y2Ba15gydF4y2Ba］．在水稻,gydF4y2Ba多gydF4y2Ba-gydF4y2Ba小花SPIKELET1gydF4y2Ba（gydF4y2BaMFS1gydF4y2Ba)基因被报道调控小穗分生组织的确定性和花器官的特性[gydF4y2Ba16gydF4y2Ba］．gydF4y2BaOsEATBgydF4y2Ba，另一种水稻ERF基因限制节间伸长，导致株高和穗长降低[gydF4y2Ba17gydF4y2Ba］．过度的gydF4y2BaAP37.gydF4y2Ba提高水稻的灌浆速率和产量[gydF4y2Ba18gydF4y2Ba］．在大麦,gydF4y2BaCOM2.gydF4y2Ba参与穗分枝，改变花序结构，使每穗粒数更多，产量更高[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba］．迄今为止，对小麦erf的研究较少，研究主要集中在其在抵抗病原体攻击或非生物胁迫反应中的作用[gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba21gydF4y2Ba，gydF4y2Ba22gydF4y2Ba］．此外，只有两项研究表明ERF基因如gydF4y2BaWFZPgydF4y2Ba六倍体小麦和gydF4y2Ba支头gydF4y2Ba^tgydF4y2Ba（gydF4y2Ba黑洞gydF4y2Ba^tgydF4y2Ba)在调控植物发育中起重要作用[gydF4y2Ba23gydF4y2Ba，gydF4y2Ba24gydF4y2Ba］．因此，建议识别和表征参与小麦开发的新型ERF基因，用于遗传富集和增强遗传驱动的小麦育种。gydF4y2Ba

在这里，我们分离并表征了小麦(gydF4y2BaTriticum Aestivum.gydF4y2Bal .)。研究结果表明，TaERF8参与了小麦的生长发育，调控了株高、抽穗期、粒宽和TKW等农艺性状。在这项研究中，基因组序列gydF4y2BaTaERF8gydF4y2Ba对不同小麦品种的S基因进行分析，发现每个同源基因都有多个单倍型。分子标记gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba-InDel用于小麦育种和群体研究中的标记辅助选择。单体型gydF4y2BaHap-2B-2gydF4y2Ba是在中国小麦育种过程中被选中的。关联分析表明gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba在植株结构和产量相关性状中起作用。gydF4y2Ba

克隆和鉴定gydF4y2BaTaERF8sgydF4y2Ba

TaERF8是从大规模小麦转录因子基因导入水稻项目的序列库中筛选而来[gydF4y2Ba25gydF4y2Ba］．利用通用引物P-G获得了该基因的编码序列和基因组序列gydF4y2BaTaERF8gydF4y2Ba这样就可以隔离三个人gydF4y2BaTaERF8gydF4y2Ba普通小麦品种中国春的同源基因。分离的同源性被命名为gydF4y2BaTaerf8-2agydF4y2Ba，gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba和gydF4y2BaTaerf8-2DgydF4y2Ba根据他们的基因组来源(附加文件gydF4y2Ba1gydF4y2Ba:图S1)gydF4y2Ba．gydF4y2Ba的gydF4y2BaTaERF8gydF4y2Ba同源基因编码高度同源蛋白(> 96%同源)，长度分别为251、253和253个氨基酸。这三个同源基因在AP2结构域内具有相同的序列，这意味着它们在小麦中可能具有相似的功能，包括AP2结构域的ERF亚家族特征A14和D19(图2)。gydF4y2Ba1gydF4y2Baa).这些相似性使得它们可以被分类为ERF亚家族成员，Sakuma进一步将其归为B4家族[gydF4y2Ba26gydF4y2Ba］．TaERF8s和ERFs同源gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba和gydF4y2Ba栽培稻gydF4y2Ba在推断的邻居连接系统发生树(图。gydF4y2Ba1gydF4y2Bab)，表明TaERF8s可能具有与这些erf相似的功能。gydF4y2Ba

序列多态性与分子标记发展gydF4y2Ba

采用基因特异性引物P-gA、P-gB和P-gD(见方法部分)对其基因组和侧翼序列进行扩增gydF4y2BaTaerf8-2agydF4y2Ba，gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba和gydF4y2BaTaerf8-2DgydF4y2Ba，分别在不同的小麦品种中(附加文件gydF4y2Ba2gydF4y2Ba(表S1)检测三个基因组的序列多态性。为gydF4y2BaTaerf8-2agydF4y2Ba，共检测到24个单核苷酸多态性位点，形成10个单倍型，gydF4y2BaHap-2A-1gydF4y2Ba~gydF4y2Ba10gydF4y2Ba（图。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba一)gydF4y2Ba．gydF4y2Ba在24个SNP中，在外显子中发现六个，内含子九个，其余部分在启动子区发现。分子标记gydF4y2BaTaerf8-2agydF4y2Ba在274 bp (T/C)处检测到的SNP上开发-SNP进行定位gydF4y2BaTaerf8-2agydF4y2Ba到yanzhan1（yz1）/ neixiang188（nx188）[gydF4y2Ba28gydF4y2Ba基因图谱(图。gydF4y2Ba2gydF4y2Bab和c)gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba而在上游和下游区域分别检测到3个SNPs (-99 bp、1335 bp和1478 bp)和3个InDel (-455 bp至-453 bp)gydF4y2Ba．gydF4y2Ba利用这四个多态性，建立了两个单倍型，即gydF4y2BaHap-2B-1gydF4y2Ba和gydF4y2BaHap-2B-2gydF4y2Ba（图。gydF4y2Ba2gydF4y2Bad)gydF4y2Ba．gydF4y2Ba分子标记gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba在3-bp InDel位点上建立-InDel以区分两个单倍型(图2)。gydF4y2Ba2gydF4y2Bae和f)最后，ingydF4y2BaTaerf8-2DgydF4y2Ba，在830 bp和949 bp处发现2个SNPs，鉴定出3个单倍型，gydF4y2BaHap-2D-1gydF4y2Ba，gydF4y2BaHap-2D-2gydF4y2Ba和gydF4y2BaHap-2D-3gydF4y2Ba（图。gydF4y2Ba2gydF4y2Bag）（附加文件gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba:图S2)gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

染色体的位置gydF4y2BaTaERF8sgydF4y2Ba

这三个染色体的位置gydF4y2BaTaERF8gydF4y2Ba利用中国春季无染色体组-四染色体系和包括二倍体、四倍体和六倍体小麦的小麦材料验证了同源基因gydF4y2Ba2gydF4y2Ba:表S1)。PCR结果表明，该基因特异性引物gydF4y2BaTaerf8-2agydF4y2Ba，gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba和gydF4y2BaTaerf8-2DgydF4y2Ba仅在染色体2A、2B和2D存在的情况下扩增。gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba一个)。gydF4y2BaTaerf8-2agydF4y2Ba基因被映射到突出的遗传区域gydF4y2BaXwpt2882gydF4y2Ba(8.5厘米)gydF4y2BaXwpt3114gydF4y2Ba（2.7厘米）通过扫描由YZ1 / NX188交叉开发的199条线的重组近交线（RIL）群[gydF4y2Ba28gydF4y2Ba使用标记)gydF4y2BaTaerf8-2agydF4y2Basnp(无花果。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bab）。gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba地图上的一个区域gydF4y2BaXWMC223.gydF4y2Ba(3.8厘米)gydF4y2BaXgwm388gydF4y2Ba(5.7 cM)通过标记扫描汉萱10 (H10)/鲁麦14 (L14)杂交衍生的双单倍体(DH)群体gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba-InDel(无花果。gydF4y2Ba3.gydF4y2Bac)。gydF4y2Ba

的表达模式gydF4y2BaTaERF8sgydF4y2Ba小麦gydF4y2Ba

使用普通小麦中国春季植物进行表达分析。基因特异性引物P-QA，P-QB和P-QD用于检测表达模式gydF4y2BaTaERF8sgydF4y2Ba通过实时荧光定量PCR (qRT-PCR)对不同发育阶段的不同组织进行检测。如图所示。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba的成绩单,gydF4y2BaTaerf8-2agydF4y2Ba，gydF4y2Ba2 bgydF4y2Ba和gydF4y2Ba二维gydF4y2Ba在所有组织中均有表达，苗期叶片和拔节期根中表达量较高。在节间和穗部等组织中表达量较低。结构表达模式表明gydF4y2BaTaERF8sgydF4y2Ba可能在小麦的整个生长周期中发挥积极作用。gydF4y2Ba

协会gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba具有农艺性状的单倍型gydF4y2Ba

关联分析gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba单倍型和农艺性状是基于样本集1中总结的材料(附加文件)gydF4y2Ba4gydF4y2Ba:表S2)。表型数据分别来自北京(BJ)、洛阳(LY)、新乡(XX)和焦作(JZ) 2012年、2014年和2015年生长季。在两者之间发现了显著的关联gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba单倍型和农艺性状，如株高、抽穗期和TKWgydF4y2Ba5gydF4y2Ba:表S3)。此外，两种单倍型之间也存在显著差异gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba(附加文件gydF4y2Ba6gydF4y2Ba：表S4）。加入所拥有的gydF4y2BaHap-2B-2gydF4y2Ba株高(16.5 cm ~ 25.7 cm)、抽穗期(1.4d ~ 3.0d)早，TKW (5.1 g ~ 8.0 g)高gydF4y2BaHap-2B-1gydF4y2Ba（图。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba）gydF4y2Ba．gydF4y2Ba这些结果表明gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba可能参与了小麦生长发育的多个过程。gydF4y2Ba

Taerf8-2B.gydF4y2Ba在中国小麦育种中进行了选择gydF4y2Ba

以确定是否gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba在经历选择压力的情况下，我们基于样本集1和2调查了两个单倍型的频率和分布(附加文件gydF4y2Ba7gydF4y2Ba:表S5)。结果表明，单倍型多样性gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba在驯化二粒小麦和现代品种中下降，表明gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba在驯化和中国小麦育种期间被选中。比例gydF4y2BaHap-2B-1gydF4y2Ba从15％的野生艾梅麦小麦减少到6％的驯养埃默小麦，比例从29.2％的小麦地球群减少到现代品种的6.8％（图。gydF4y2Ba6gydF4y2Baa).相反，……的比例gydF4y2BaHap-2B-2gydF4y2Ba在驯化二粒小麦和现代品种中均有增加，表明gydF4y2BaHap-2B-2gydF4y2Ba经历了正选择，是最受青睐的单倍型。我们进一步研究了其地理分布gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba基于样本集3的单倍型(附加文件gydF4y2Ba8gydF4y2Ba:从五大表S6)在中国小麦种植区域,包括东北春小麦区(我),北方冬小麦区(II),黄淮河冬小麦区(III),长江中下游的冬小麦区(IV)和冬小麦西南区(V)(图gydF4y2Ba6gydF4y2Bab).结果表明，在所有5个区域中gydF4y2BaHAP-2B.gydF4y2Ba-2比gydF4y2BaHAP-2B.gydF4y2Ba1,这表明gydF4y2BaHAP-2B.gydF4y2Ba选择-2和五个区域中的显性单倍型。频率gydF4y2BaHAP-2B.gydF4y2Ba-2在v（93％）中是最高的，其次是区IV，III和II，并且区内最低的区域（63.6％），纬度高。此外，频率gydF4y2BaHap-2B-2gydF4y2Ba5个小麦产区的小麦产量由北向南呈逐步增加的趋势，而小麦产量的增加频率则由北向南呈逐步增加的趋势gydF4y2BaHap-2B-1gydF4y2Ba显示出相反的趋势gydF4y2Ba

过度的gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba在小麦中影响整个植株的发育gydF4y2Ba

描述…的功能gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba的编码序列gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba转化为普通小麦品种克农199。四个独立gydF4y2BaTaERF8-2B -gydF4y2Ba获得过表达转基因株系，并使用2个不同表达水平的转基因株系进行表型鉴定(附加文件)gydF4y2Ba9gydF4y2Ba:图S3)。研究了两品种间的株高、抽穗期、粒宽、TKW等农艺性状gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba转基因系和野生型。结果表明gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba与野生型相比，转基因株系株高显著降低，抽穗期显著提前，TKW显著增加，籽粒宽度显著变宽(图2)。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)．的gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba转基因株系的结构和发育发生了显著的变化，表明转基因株系的结构和发育发生了显著的变化gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba可能对调节小麦生长有多种作用。gydF4y2Ba

TaERF8是小麦ERF家族的一个新成员gydF4y2Ba

ERF家族成员，属于AP2/ERF超家族，参与调控植物的各种发育和胁迫反应过程[gydF4y2Ba5gydF4y2Ba］．到目前为止，在以前的研究中已经确定和表征了多种小麦erf [gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba21gydF4y2Ba，gydF4y2Ba22gydF4y2Ba，gydF4y2Ba23gydF4y2Ba，gydF4y2Ba24gydF4y2Ba，主要关注其在生物和非生物胁迫响应中的作用，但很少关注其在产量相关性状中的作用。本文报道了3个TaERF8s作为小麦ERF成员的序列同源性和蛋白质相似性，重点研究了与植物结构和生长相关的功能。在这项研究中,gydF4y2BaTaerf8-2agydF4y2Ba被定位于2A染色体的中心点区域(在gydF4y2BaXwpt2882gydF4y2Ba(8.5厘米)gydF4y2BaXwpt3114gydF4y2Ba(2.7 cM))，发现了一些重要农艺性状的数量性状位点(QTL) [gydF4y2Ba27gydF4y2Ba，gydF4y2Ba29gydF4y2Ba，gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba]， 包含gydF4y2BaQGygydF4y2Ba为粮食产量[gydF4y2Ba27gydF4y2Ba]，gydF4y2BaQKw2A-4为gydF4y2Ba内核的宽度和gydF4y2BaQKl2A-4为gydF4y2Ba内核长度[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba］．此外,标记gydF4y2BaXwpt3114gydF4y2Ba已被报道与开花时间和Na +排除有关[gydF4y2Ba27gydF4y2Ba，gydF4y2Ba29gydF4y2Ba］．gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba也被定位在2B染色体的中心点区域(在gydF4y2BaXWMC223.gydF4y2Ba(3.8厘米)gydF4y2BaXgwm388gydF4y2Ba(5.7厘米))。在2B染色体的这个区域，控制产量相关性状的几个qtl，如穗长[gydF4y2Ba32gydF4y2Ba]，tkw [gydF4y2Ba32gydF4y2Ba，gydF4y2Ba34gydF4y2Ba，可育小穗的数目[gydF4y2Ba33gydF4y2Ba]和高产量[gydF4y2Ba31gydF4y2Ba)被检测到。如结果部分所示，我们发现gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba与株高、抽穗期和TKW相关，首次在该染色体区间内建立了小麦ERF基因与农艺性状的联系。gydF4y2Ba

基因表达研究表明gydF4y2BaTaERF8gydF4y2BaS在不同发育阶段的多个组织中组成表达，表明其在多个发育过程中发挥多效性基因的作用。有报道称水稻ERF基因过表达gydF4y2BaOsEATBgydF4y2Ba结果降低株高和穗长，而增加分蘖和小穗数[gydF4y2Ba17gydF4y2Ba］．另一个gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba小块土地的基因,gydF4y2Ba电子束曝光gydF4y2Ba，对芽分枝有影响，过度表达植物刺激腋芽形成和过剩[gydF4y2Ba15gydF4y2Ba］．本文报道的三个TaERF8s聚类为同一枝gydF4y2BaOsEATBgydF4y2Ba和gydF4y2Ba电子束曝光gydF4y2Ba．过度表达gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba在小麦中引起了一系列变化，包括株高降低、抽穗期提前、粒宽变宽和单株TKW增加。总之，这些数据表明gydF4y2BaTaERF8gydF4y2Ba是小麦ERF基因家族中一个新的多效基因，参与调控小麦生长发育。gydF4y2Ba

Taerf8-2B.gydF4y2Ba是小麦生长发育的调节因子吗gydF4y2Ba

小麦是世界上最重要的粮食作物之一，近几十年来养殖产量潜力的持续追求已成为中国的主要目标[gydF4y2Ba35gydF4y2Ba］．TKW作为籽粒产量的三大决定因素之一，被认为对产量影响较大，在很大程度上由籽粒大小决定，在与籽粒大小相关的性状中，籽粒宽度与籽粒权重的关联度最高[gydF4y2Ba36gydF4y2Ba，gydF4y2Ba37gydF4y2Ba，gydF4y2Ba38gydF4y2Ba］．在本研究中，关联分析和TKW较高的转基因植株都证实了这一点gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba影响TKW，转基因植物中的增加的TKW可能是由于与野生型相比更宽的仁宽。gydF4y2Ba

株高不仅是株型结构的决定因素，而且是与产量潜力直接相关的重要农艺性状[gydF4y2Ba39gydF4y2Ba］．GA信号传导和生物合成相关的基因已被用于育种，以改良和生产具有降低高度、提高产量和其他有利性状的作物[gydF4y2Ba40gydF4y2Ba，gydF4y2Ba41gydF4y2Ba，gydF4y2Ba42gydF4y2Ba，gydF4y2Ba43gydF4y2Ba，gydF4y2Ba44gydF4y2Ba，gydF4y2Ba45gydF4y2Ba，绿色革命就是最好的例证[gydF4y2Ba46gydF4y2Ba］．以往的研究表明，一些erf与GA调控植株高度有关[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba，gydF4y2Ba12gydF4y2Ba，gydF4y2Ba17gydF4y2Ba］．水稻ERF基因gydF4y2BaOsEATBgydF4y2Ba通过下调赤霉素生物合成基因限制节间伸长，降低株高和穗长，增加分蘖和小穗数gydF4y2Baoseatb-gydF4y2Ba过表达植物(gydF4y2Ba17gydF4y2Ba］．gydF4y2BaSub1AgydF4y2Ba，另一个水稻ERF基因，通过提升表达来限制对GA的响应gydF4y2BaSLR1gydF4y2Ba和gydF4y2BaSLRL1.gydF4y2Ba［gydF4y2Ba11gydF4y2Ba),而gydF4y2BaSK1gydF4y2Ba和gydF4y2BaSK2gydF4y2Ba，也编码erf，通过遗传算法触发节间伸长以响应泛洪[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba］．通过序列分析，我们在启动子区域中鉴定了一种胃肠杆菌素响应元件（GaRe-motif）gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba．然而,是否gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba参与ga相关的株高调控仍需进一步研究。综上所述,overexpressinggydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba导致植株高度降低和产量相关农艺性状的变化，表明其在调控植株结构和生长方面的作用。gydF4y2Ba

Taerf8-2B.gydF4y2Ba在小麦育种过程中进行了选择吗gydF4y2Ba

包括小麦在内的驯化作物已经经历了强大的人类选择，目的是培育具有有利性状的品种，以适应更广泛的环境条件[gydF4y2Ba47gydF4y2Ba］．六倍体面包小麦经历了两大选择事件，一是驯化过程中从野生二粒小麦到驯化二粒小麦的选择，二是小麦育种过程中从地方品种到现代品种的选择[gydF4y2Ba48gydF4y2Ba］．在这项研究中，我们发现gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba经历了两个选择性事件。比例gydF4y2BaHap-2B-1gydF4y2Ba从野生二粒小麦的15%降至驯化二粒小麦的6%，从小麦地方品种的29.2%降至现代品种的6.8%。相反，比例gydF4y2BaHap-2B-2gydF4y2Ba在驯化二粒小麦和现代品种中均有增加。的地理分布gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba单倍型显示gydF4y2BaHap-2B-2gydF4y2Ba比gydF4y2BaHap-2B-1gydF4y2Ba在中国五大小麦主产区，表明gydF4y2BaHAP-2B.gydF4y2Ba2被选中。协会的分析gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba农艺性状的单倍型表明gydF4y2BaHap-2B-2gydF4y2Ba显著降低株高和提高TKW，是小麦育种的有利性状。所有这些结果都表明gydF4y2BaHap-2B-2gydF4y2Ba在中国小麦育种中，均经历了正选择，是最有利的单倍型。此外，我们还注意到一种区域适应选择gydF4y2BaHap-2B-2gydF4y2Ba．从北方到南方，频率gydF4y2BaHap-2B-2gydF4y2Ba增加了10%以上，而频率gydF4y2BaHap-2B-1gydF4y2Ba显示出相反的趋势总的来说，中国北方地区的品种对光周期的敏感性增强，而中国南方低纬度地区的品种往往对光周期的敏感性降低[gydF4y2Ba49gydF4y2Ba］．在这项研究中，针对小麦过度表达观察到早期的航向日期gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba在长日条件下，表示gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba可能会影响标题日期。然而,是否gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba涉及调节光周期灵敏度的相关途径，需要更全面的分析。gydF4y2Ba

鉴于小麦的大而复杂的基因组，关于与农艺性状相关的特定基因功能的知识对于有效选择繁殖中的新单倍型[gydF4y2Ba50gydF4y2Ba］．功能标记是标记辅助育种的理想工具，已被开发用于非生物胁迫耐受性和包括株高和粒重在内的农艺性状[gydF4y2Ba51gydF4y2Ba，gydF4y2Ba52gydF4y2Ba，gydF4y2Ba53gydF4y2Ba］．在本研究中，功能分析gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba揭示其在影响植物身高和产量相关的性状和功能标记方面的作用gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba-indel成功开发，能够识别选定的单倍型（gydF4y2BaHap-2B-2gydF4y2Ba)．因此，利用该功能标记可以进一步改善小麦的植株构型和TKW。gydF4y2Ba

三个同源基因gydF4y2BaTaERF8gydF4y2Ba，gydF4y2BaTaerf8-2agydF4y2Ba，gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba和gydF4y2BaTaerf8-2DgydF4y2Ba克隆自普通小麦品种中国春。序列分析表明，三个同源基因高度相似，具有相同的AP2结构域，属于ERF亚家族。表达分析显示gydF4y2BaTaERF8sgydF4y2Ba在整个小麦发育阶段都有组成表达。检测到多态位点gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba为我国小麦育种中育种辅助标记的开发和单倍型选择的鉴定提供了依据。gydF4y2BaHap-2B-2gydF4y2Ba)．关联分析显示gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba与株高、抽穗期和TKW显著相关。综上所述，新发展的分子标记gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba-InDel在小麦分子标记辅助选择、株型结构和TKW改良等方面具有重要的应用价值。gydF4y2Ba

植物材料和生长条件gydF4y2Ba

利用普通小麦品种“中国春”进行无性系克隆gydF4y2BaTaerf8-2agydF4y2Ba，gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba和gydF4y2BaTaerf8-2DgydF4y2Ba基因gydF4y2Ba．gydF4y2Ba对42份不同的小麦品种(包括二倍体、四倍体和六倍体)进行多态性分析gydF4y2BaTaERF8sgydF4y2Ba(附加文件gydF4y2Ba2gydF4y2Ba:表S1)。42份材料在中国农业科学院作物科学研究所试验田(39°N, 116°E)，行间距50 cm的2行2 m地块上种植。gydF4y2Ba

协会的分析gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba使用样品套装1进行了具有农艺性状的单倍型，其中包含367个小麦种植，其中包括89个Landraces和278个现代品种（附加档案gydF4y2Ba4gydF4y2Ba:表S2)。样本集1于2012年、2014年和2015年的生长季分别在BJ(40°N, 116°E)、XX(35°N, 113°E)、LY(33°N, 111°E)和JZ(35°N, 113°E)四个地点进行种植，每行间距为25 cm，共4行2 m地块。根据当地生产情况进行农田管理，包括灌溉、施肥和病虫害防治。在9个环境(E1 ~ E9)下进行株高、抽穗期和TKW的表型评价(附加文件)gydF4y2Ba6gydF4y2Ba：表S4）。E1至E9分别在2012年，2014年，2014年和2015年的XX，BJ和JZ分别表示BJ，XX，JZ和Ly的环境。对于每次加入，通过测量8个单独的植物进行平均，当50％植物​​显示出完全出现的尖峰时，记录日期的植物高度平均，并且TKW的重量为200粒的5倍。gydF4y2Ba

的频率gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba根据样本集1和2计算单倍型。样本集2由107个野生和32个驯化四倍体小麦组成(附加文件gydF4y2Ba7gydF4y2Ba:表S5)。样本集3(附加文件gydF4y2Ba8gydF4y2Ba表S6)用来说明的地理分布gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba中国不同小麦产区的单倍型研究。这些材料于2015年生长季在XX(35°N, 113°E)种植，并根据当地生产情况进行田间管理。样本集2为单个50 cm × 2 m地块，样本集3为2行25 cm × 2 m地块。gydF4y2Ba

YZ1/NX188杂交繁育的199个株系RIL群体[gydF4y2Ba28gydF4y2Ba]，以及由H10/L14杂交得来的DH群体[gydF4y2Ba54gydF4y2Ba]用于连杆映射。2015年生长季，RIL种群在洛阳(33°N, 111°E)生长。每行30粒种子，播种在2 m长2行地块上。pgydF4y2Ba无论在哪里:TaERF8-2BgydF4y2Ba本研究中使用的转基因株系在小麦品种Kenong199背景中。Kenong199和转基因植物在填充有Pindstrup基板（Pindstrup，Denmark）的塑料罐中培养，泥炭基灌封混合物，并在22℃下在16小时光/ 8H暗光周下置于受控的生长室。每两或三天重复浇水。来自H10 / L14横梁的DH人口恳请中国农业科学院作物科学研究所的Ruilian Jing博士提供，并由作物基因资源的重点实验室提供了本研究中使用的其他植物材料中国农业科学院作物科学研究所的种质增强。gydF4y2Ba

数据分析gydF4y2Ba

在结合分析中，根据两倍的单倍型分为第1组和第2组，将367种载体分类为第1组gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba,分别。导入基因型和表型数据，使用SPSS 19.0软件(SPSS Inc.， USA)进行分析。之间的相关性gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba对单倍型和农艺性状进行分析，对两个单倍型农艺性状进行均值比较，并采用统计学t检验验证显著性。联想被认为是显著的在gydF4y2BaPgydF4y2Ba< 0.05。的频率gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba根据样本集1和2计算单倍型。单体型的多样性gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba使用Powermarker软件对样本集2进行计算[gydF4y2Ba55gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

三个克隆和染色体位置gydF4y2BaTaERF8gydF4y2Ba基因gydF4y2Ba

本研究利用一般引物对P-G (5 ' -CCGTATCACCACCTCATC-3 '和5 ' -TGCGTATTCCTCATCTACTG-3 ')扩增该菌的基因组和全长cDNA序列gydF4y2BaTaERF8gydF4y2Ba从中国的春天。PCR扩增量为25 μL，分别为cDNA或基因组DNA 1 μL，每引物7.5 pmol, 2 mM dNTPs 5 μL, KOD FX Neo 2 × PCR buffer 12.5 μL, KOD FX Neo DNA聚合酶(Toyobo, Japan) 0.5 μL (1.0 U/μL)。放大过程如下:初始变性在94°C 2分钟,其次是33周期98°C的变性10年代,退火在58°C 30年代,在68°C和扩展30 s - 1分钟,最后在68°C扩展了10分钟。PCR扩增产物克隆到pEASY-Blunt Zero克隆载体(Transgen, China)中。基于小麦A、B、D基因组序列的差异gydF4y2BaTaERF8gydF4y2Ba设计了3个基因特异性引物P-gA (5 ' -CCAAATGTTGAGTGACTTG-3 '和5 ' -TGCGTATTCCTCATCTACTG-3 ')、P-gB (5 ' -GAATGAACGGGAAATGTTATCCAT-3 '和5 ' -GAAACGATAAACGATTAGACCA-3 ')和P-gD (5 ' -CAGACTTCTCCTTCTATCACAT-3 '和5 ' - aaacaaaacaagagattattagatga -3 ')。扩增程序如下:94℃变性2 min, 98℃变性10 s, 60℃退火30 s, 68℃延伸80 s，最后68℃延伸10 min，共33个循环。基因特异性引物、中国春季无染色体组-四染色体系和不同倍性的小麦品种(附加文件)gydF4y2Ba2gydF4y2Ba(表S1)，以确定三个同源基因的染色体位置。gydF4y2Ba

基因表达分析gydF4y2BaTaERF8gydF4y2Ba

基因表达分析gydF4y2BaTaERF8gydF4y2Ba用普通小麦春季植株进行。中国春季植株至少6株独立植株，在叶片、茎、根、雌蕊、小穗、节、节间、雄蕊、幼穗、颖片、外稃和内稃的精确发育阶段分裂，混合后在−80℃快速冷冻至RNA提取。使用Direct-zol™RNA微型准备试剂盒(Zymo Research, USA)，按照制造商说明进行总RNA提取。使用5 × All-In-One MasterMix试剂盒(ABM，加拿大)将每个样品的总RNA 1微克用于第一链cDNA合成。特定的引物gydF4y2BaTaerf8-2agydF4y2Ba基因(P-qA: 5 ' -CCAGACCGTGGTGCCGTACC-3 '和5 ' -GCCGCCGCGGGAGACGCT-3 ')，gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba基因(P-qB: 5 ' -GACCTCATGCGGTATGCACG-3 '和5 ' -TTGTGCCTGAGCTCGACATTG-3 ')gydF4y2BaTaerf8-2DgydF4y2Ba基因（p-qd：5'-cgacagattgcagcaacaacaacagtg-3'和5'-cccgttgtgcctGagctcgatata-3'）用于该第一链cDNA（稀释的第一链cDNA稀释的第一链cDNA）以确定每个小麦的相对转录水平QRT-PCR组织。QRT-PCR使用Sybr®Mifix前Taq（Takara，China）进行。与引物对P-QT（5'-TCGATGATCTCCAACTCCACT-3'和5'-TCGTCGTCGAACTCACCACTTCT-3'）类似地扩增微管蛋白基因（GEN BANK ICASETION NO TAU76544）作为内部参考。使用TBGreen®进行QRT-PCRgydF4y2Ba预混料Taq交货gydF4y2Ba™(豆类,中国)。总容积为10 μL，含5 μL TB GreengydF4y2Ba预混料Taq交货gydF4y2Ba， cDNA 2 μL，每个基因特异性引物2 pmol。反应程序如下:95℃变性3 min, 95℃变性10 s, 60℃变性30 s，循环45次。所有的qRT-PCR检测均在三个独立的复制和相对转录水平gydF4y2BaTaERF8gydF4y2Ba基因测定采用2gydF4y2Ba^{——∆∆CTgydF4y2Ba}方法(gydF4y2Ba56gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

分子标记的开发gydF4y2Ba

编码和侧翼区域的核苷酸gydF4y2BaTaerf8-2agydF4y2Ba，gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba和gydF4y2BaTaerf8-2DgydF4y2Ba在不同小麦品种中进行筛选(附加文件gydF4y2Ba2gydF4y2Ba:表S1)。序列比对采用SeqMan (DNASTAR Lasergene 7.1.0)软件。然后根据检测到的多态位点设计相应的分子标记gydF4y2BaTaerf8-2agydF4y2Ba和gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba基因组序列。分子标记gydF4y2BaTaerf8-2agydF4y2Ba-SNP（5'-CGCAGCCATTTGGAACTAT-3'和5'-AAGGTGCCGCCATACA-3'）基于在内含子中检测到的SNP设计gydF4y2BaTaerf8-2agydF4y2Ba．分子标记gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba-InDel (5 ' -CCTTGTTAGACTCCAAAATGCT-3 '和5 ' - cgagctcttctgaacgcttt -3 ')根据在上游发现的InDel位点设计gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba起始密码子。PCR扩增过程如下:变性在94°C 2分钟,其次是33周期98°C的变性10年代,退火在56°C 30年代,在68°C和扩展了15秒,最后一个在68°C扩展10分钟。利用这两对分子标记进行相应基因的遗传定位gydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba-进一步申请indelgydF4y2BaTaerf8-2B.gydF4y2Ba单体型分析gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

蛋白质序列的分离和生物信息学分析gydF4y2Ba

在小麦和其他物种中克隆的ERFs的蛋白质序列gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba和大米从国家生物技术信息中心数据库(NCBI，gydF4y2Bahttp://www.ncbi.nlm.nih.govgydF4y2Ba)，根据他们的登录号。使用Clustal X对erf进行多序列比对[gydF4y2Ba57gydF4y2Ba]默认参数，然后由jalview2查看[gydF4y2Ba58gydF4y2Ba］．利用小麦TaERF8s和其他注释ERFs的蛋白序列进行系统发育分析，gydF4y2Ba拟南芥gydF4y2Ba利用MEGA 6.0进行参数设置(泊松模型、均匀速率和完全缺失)Neighbor-Joining方法[gydF4y2Ba59gydF4y2Ba］．系统发育构建的稳健性通过1000次重复的bootstrap方法进行验证。gydF4y2Ba

本研究中生成或分析的所有数据均包含在本文[及其附加文件]中。gydF4y2Ba

AP2 /小块土地:gydF4y2Ba

APETALA2 /乙烯反应的因素gydF4y2Ba

小块土地:gydF4y2Ba

乙烯反应的因素gydF4y2Ba

TKW:gydF4y2Ba

1000粒重量gydF4y2Ba

QTL：gydF4y2Ba

数量性状位点gydF4y2Ba

SNP:gydF4y2Ba

单核苷酸多态性gydF4y2Ba

InDel:gydF4y2Ba

插入和删除gydF4y2Ba

瑞来斯:gydF4y2Ba

重组自交系gydF4y2Ba

DH:gydF4y2Ba

加倍单倍体gydF4y2Ba

作者感谢中国农业科学院作物科学研究所景瑞莲博士提供了由H10/L14杂交衍生的DH群体进行连锁定位。gydF4y2Ba

基金资助:国家重点研发计划项目(No. 2016YFD0100102)。实验设计，数据分析和解释，以及手稿的撰写由特约作者负责。gydF4y2Ba

从属关系gydF4y2Ba

1. 山西农业大学农学院，山西太谷gydF4y2Ba

   张磊，乔林毅，王建明gydF4y2Ba

2. 中国农业科学院作物科学研究所，北京gydF4y2Ba

   刘攀，吴静，赵光耀，贾继增，高立峰gydF4y2Ba

贡献gydF4y2Ba

实验设计:LG、GZ、PL、JJ;完成实验:LZ;数据分析:LZ、LG、LQ、JW1;手稿写:楼主的;稿件修改:LZ, LG, JW2。作者阅读并批准了最终的手稿。gydF4y2Ba

相应的作者gydF4y2Ba

对应到gydF4y2Ba和高gydF4y2Ba或gydF4y2BaJianming王gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

伦理批准和同意参与gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

同意出版gydF4y2Ba

不适用。gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

提交人声明他们没有竞争利益。gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba

施普林格《自然》杂志对已出版的地图和机构附属机构的管辖权要求保持中立。gydF4y2Ba

开放获取gydF4y2Ba本文是基于知识共享署名4.0国际许可,允许使用、共享、适应、分布和繁殖在任何媒介或格式,只要你给予适当的信贷原始作者(年代)和来源,提供一个链接到创作共用许可证,并指出如果变化。本文中的图像或其他第三方材料都包含在本文的知识共享许可中，除非在该材料的信用额度中另有说明。如果资料不包括在文章的知识共享许可协议中，并且你的预期用途没有被法律规定允许或超过允许用途，你将需要直接从版权所有者获得许可。如欲查阅本许可证副本，请浏览gydF4y2Bahttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/gydF4y2Ba．创作共用及公共领域专用豁免书(gydF4y2Bahttp://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/gydF4y2Ba)适用于本文提供的数据，除非在数据的信贷额度中另有说明。gydF4y2Ba

再版和权限gydF4y2Ba