FRIZZY PANICLE Drives Supernumerary Spikelets in Bread Wheat

Abstract

and Central Siberian Botanical Garden, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 630090 Novosibirsk, Russia (A.A.K.) Bread wheat (Triticum aestivum) inflorescences, or spikes, are characteristically unbranched and normally bear one spikelet per rachis node. Wheat mutants on which supernumerary spikelets (SSs) develop are particularly useful resources for work towards understanding the genetic mechanisms underlying wheat inflorescence architecture and, ultimately, yield components. Here, we report the characterization of genetically unrelated mutants leading to the identification of the wheat FRIZZY PANICLE (FZP) gene, encoding a member of the APETALA2/Ethylene Response Factor transcription factor family, which drives the SS trait in bread wheat. Structural and functional characterization of the three wheat FZP homoeologous genes (WFZP) revealed that coding mutations of WFZP-D cause the SS phenotype, with the most severe effect when WFZP-D lesions are combined with a frameshift mutation in WFZP-A. We provide WFZPbased resources that may be useful for genetic manipulations with the aim of improving bread wheat yield by increasing grain number.

Transcriptome Association Identifies Regulators of Wheat Spike Architecture

“…In another type of variation, one or more spikelets are replaced by long lateral branches, which form their own spikelets and florets. Mutations of the WFZP-A/BH t -A1 gene, encoding an AP2/ERF transcription factor, lead to such noncanonical spike branching (Derbyshire and Byrne, 2013;Dobrovolskaya et al, 2015;Poursarebani et al, 2015), which is similar to the branching produced by mutating its orthologs in maize, rice, and Brachypodium distachyon (Chuck et al, 2002;Komatsu et al, 2003). Although these recent breakthroughs shed light on the molecular mechanisms underlying rare supernumerary spikelet variations, little is known about genetic factors affecting the architecture of archetypal wheat spike, its complexity, and grain yield.…”

Development of new SSR markers for homoeologous WFZP loci based on the study of structure and location of microsatellites in gene-rich regions of chromosomes 2AS , 2BS, 2DS

“…fr/). Информация о скрининге, секвенировании и анноти-ровании последовательностей ДНК данных ВАС-клонов опубликована ранее (Dobrovolskaya et al, 2015). Для идентификации SSR-повторов использовали программу SSR locator (Maia et al, 2008) при следующих параметрах Maia et al, 2008) при следующих параметрах et al, 2008) при следующих параметрах поиска: минимум 6 повторов для динуклеотидных микро-сателлитов, 5 повторов для тринуклеотидных микросател-литов и 4 повтора для тетра-/пента-/гексануклеотидных микросателлитов для совершенных повторов; максимум 3 неповторяющихся основания, разделяющих микросател-литы, для несовершенных повторов; макcимум 100 п. н. между блоками микросателлитов для компаундов.…”

“…В ходе выполнения работ по определению первичной структуры генов-гомеологов WFZP-A-B-D, регулирую-щих развитие колоса пшеницы и определяющих судьбу колосковых меристем, было проведено секвенировние трех BAC-клонов (CS248B13, CS184F24 и CS305H5), несущих целевые гены, и получены данные о структурной организации областей гомеологичных хромосом 2AS, 2BS и 2DS; аннотированы гены и мобильные элементы, входящие в состав данных последовательностей, опреде-лен порядок их взаимного расположения (Dobrovolskaya et al, 2015 Ген mrs1/WFZP-D был локализован в богатом генами районе '2S0.8' 2-й гомеологической группы хромосом (Dobrovolskaya et al, 2009). Богатые генами районы хромосом были определены при изучении локализации фрагментов экспрессируемых последовательностей ДНК или EST-последовательностей (EST, expressed sequence tags) в делеционных бинах хромосом мягкой пшеницы (Erayman et al, 2004).…”

“…Полиморфные маркеры были использованы для гено-типирования индивидуальных растений популяции F 2 , Микросателлитные маркеры CS248B13-1 и CS305H5-1 могут быть использованы в дальнейшем для маркиро-вания локусов генов WFZP-A и WFZP-D в генотипи-ческой среде разных сортов пшеницы, в том числе при маркер-контролируемом переносе данных генов наряду с разработанными ранее аллель-специфичными мар-керами (Dobrovolskaya et al, 2015). Кроме того, новые микросателлитные маркеры представляют интерес для маркирования BAC-клонов и генетического картирования генов, локализованных в богатом генами районе '2S0.8' 2-й гомеологической группы хромосом.…”

Spike Morphology Genes in Wheat Species (TriticumL.)

“…1). (Dobrovolskaya et al, 2015).Wheat accessions with the normal number of spikelets per rachis node prevail on the accessions with supernumerary spikelet spikes. Accessions with supernumerary spikelet spikes have been identified for T. turgidum, T. durum and T. polonicum L. (Klindworth et al, 1990; Lyapunova, p.c.…”