基因编辑与昼夜节律钟基因TaPRR59的关联分析凸显了其在小麦产量相关性状中的重要性

《Theoretical and Applied Genetics》：Gene editing and association analysis of circadian clock gene TaPRR59 highlights its importance in yield-related traits in wheat

小麦TaPRR59基因作为转录因子调控开花时间和植株高度，其突变体（CRISPR/Cas9编辑）表现早抽穗和矮秆特性，过表达在水稻中延迟抽穗并影响产量性状。转录组分析显示调控开花基因及叶绿素结合蛋白基因表达，关联分析发现TaPRR59-A1/B1/D1位点的自然变异与产量性状显著相关，地理分布显示单倍型分化。研究发现该基因的单倍型A1-Hapla在小麦育种中被正向选择。

　　

摘要

主要观点

TaPRR59基因的突变会影响某些关键开花基因的转录水平，导致开花时间提前和植株高度降低。在小麦育种项目中，有益的单倍型TaPRR59-A1-Hapla得到了正向选择。

摘要

生物钟系统是一种重要的内源性节律调控机制，在植物生长发育中起着关键作用。伪响应调节因子（PRR）家族是生物钟网络中的核心组成部分。在本研究中，我们克隆了小麦中的PRR家族成员TaPRR59，并通过基因编辑、转录组测序、单倍型分析和关联分析来研究其功能。TaPRR59在24小时内的表达模式表现出昼夜节律性。荧光素酶瞬时转录实验表明，TaPRR59在细胞核中起到转录抑制因子的作用。使用CRISPR/Cas9基因编辑系统产生的taprr59-ABD-敲除株表现出更早的开花时间和较低的植株高度。在水稻中过表达TaPRR59-D1显著延迟了开花时间，降低了植株高度和千粒重，并增加了每穗的粒数。转录组分析显示，在taprr59突变体中，几个关键开花基因和叶绿素a-b结合蛋白相关基因的转录水平发生了上调或下调。关联分析表明，TaPRR59-A1、TaPRR59-B1和TaPRR59-D1的自然变异与植株高度、千粒重和开花时间等产量性状存在显著关联。地理分析显示，TaPRR59单倍型在不同农业生态生产区的分布特征存在差异。此外，地方品种与现代栽培品种之间有益单倍型TaPRR59-A1-Hapla频率的显著差异表明，该单倍型在小麦育种过程中经历了定向选择。这项研究为生物钟系统对农艺性状的影响提供了新的见解，并为小麦育种提供了有用的分子标记和遗传资源。