小麥所在提高作物產(chǎn)量的分子機(jī)制研究中取得新進(jìn)展

　　小麥作為三大糧食作物之一，提高其產(chǎn)量對解決糧食短缺問題極為重要。轉(zhuǎn)錄因子在作物發(fā)育基因的表達(dá)調(diào)控中發(fā)揮著重要作用。近日，小麥研究所王際睿教授團(tuán)隊(duì)揭示了bHLH轉(zhuǎn)錄因子PGS1調(diào)控下游PLATZ蛋白Fl3影響作物種子大小和重量的機(jī)制，對提高谷物產(chǎn)量具有重要作用。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際知名期刊《Plant Biotechnology Journal》（IF=9.803）上。

 

　　課題組從2015年開始，對小麥轉(zhuǎn)錄因子家族進(jìn)行全基因組分析，并針對其中兩個影響種子發(fā)育較為突出的轉(zhuǎn)錄因子家族深入分析，發(fā)掘出種子特異表達(dá)，潛在的調(diào)控種子發(fā)育的候選基因（TaPGS1），最后進(jìn)行基因功能驗(yàn)證。

 

　　本研究中，TaPGS1在花后5～20天種子特異性表達(dá)，并導(dǎo)致籽粒增大且重量增加（小麥最高增加13.81%、水稻最高增加18.55%），碳水化合物和總蛋白質(zhì)水平也同時增加。胚乳掃描電鏡結(jié)果表明，TaPGS1過表達(dá)小麥和水稻胚乳中淀粉粒較小且緊密嵌在蛋白質(zhì)之間的間隙中，而株高、穗長、有效穗數(shù)和穗粒數(shù)等表型在過表達(dá)該基因的轉(zhuǎn)基因株系中與野生型相比均無明顯差異。TaPGS1直接與小麥、水稻中的PLATZ轉(zhuǎn)錄因子TaFl3和OsFl3基因啟動子區(qū)域的E-box序列結(jié)合，積極調(diào)控他們在小麥和水稻中的表達(dá)，該基因與玉米調(diào)控胚乳發(fā)育的PLATZ轉(zhuǎn)錄因子基因ZmFl3同源。運(yùn)用CRISPR/Cas9敲除水稻OsFl3，敲除株系平均千粒重、粒寬和粒長均顯著下降，而胚乳結(jié)構(gòu)也松散且多空隙，這恰好與TaPGS1的過表達(dá)株系表型相反，這進(jìn)一步證明PGS1通過調(diào)控Fl3影響種子的生長發(fā)育，進(jìn)而影響谷物產(chǎn)量。綜上，該工作為闡明bHLH和PLATZ轉(zhuǎn)錄因子在籽粒發(fā)育過程中的潛在功能提供了依據(jù)，對提高谷物產(chǎn)量具有重要作用。

 

　　本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“政府間國際科技創(chuàng)新合作/港澳臺科技創(chuàng)新合作”重點(diǎn)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。