小麦（Triticum aestivum）是世界上种植面积最大的粮食作物之一，全球35%-40%的人口以它为主要食物来源。小麦的生长和发育是形成产量性状和适应环境的重要基础。然而，由于普通小麦的基因组庞大且复杂，我们对其生长发育的分子基础理解仍然有限。因此，研究小麦生长发育的分子调控机制，对于改良小麦的农艺性状及其环境适应性具有重要意义。
近日，JIPB在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所童依平课题组题为“TavWA1 is critical for wheat growth by modulating cell morphology and arrangement”的研究论文(DOI: 10.1111/jipb.13807)。
图1. 突变体ah和dl生长表型及其农艺性状
植物生长由细胞的产生和新器官的形成所决定。探索控制细胞数量和细胞大小的基因对于理解植物生长调控具有重要意义。在本研究中，该研究团队对两种生长发育缺陷的小麦突变体ah（aihua）和dl（duanli）进行了鉴定。ah突变体是一种自然发生的突变，具有极度矮化、分蘖数增加和籽粒长度缩短的特点；而dl突变体则来源于乙基甲烷磺酸盐（EMS）诱变群体，表现为籽粒变小和植株高度略有降低。细胞学分析显示，ah突变体的茎和叶中细胞数量、细胞形态及排列异常，而dl突变体的籽粒中细胞长度减小。通过图位克隆发现，这两个突变体均在TaVWA1-7D基因上发生了突变，该基因编码一种含有vWA和Vwaint结构域的蛋白质。近期，国内多个课题组或研究团队利用小麦突变体，也发现该基因参与了株型、穗型和粒型等性状的调控(Bai et al. 2024;Chen et al. 2024; Zhang et al. 2024 Zhou et al. 2024）。ah突变体在TaVWA1-7D的第1402个碱基对的编码序列（CDS）中插入了174bp的片段，从而导致蛋白质翻译提前终止；而dl突变体则发生了Glu420Lys的氨基酸替换。通过CRISPR/Cas9介导的基因组编辑技术模拟TaVWA1-7D的ah突变，会导致植株出现严重矮化的表型。蛋白截短实验表明，TaVWA1-7D蛋白的C端对其正确的亚细胞定位和相互作用至关重要，也表明TaVWA1-7D蛋白C端在其功能中的关键作用。蛋白质组学分析显示，ah突变体的矮化表型可能与光合作用、核糖体功能和核小体形成等生物过程的变化相关。此外，TaVWA1-7D与E3连接酶TaVIP1-3B相互作用，并且在这两种突变体中TaVIP1-3B的表达水平均有所升高。对TaVIP1-3B的过表达和敲除实验显示，它在细胞长度和籽粒大小方面具有负调控作用。综上所述，该研究结果表明，TaVWA1-7D在调控小麦生长及产量相关性状方面发挥着至关重要的作用，且ah/dl突变体的籽粒表型与TaVIP1-3B的表达水平相关。
近期，国内多个课题组或研究团队利用小麦突变体，也发现该基因参与了株型、穗型和粒型等性状的调控(Bai et al. 2024; Chen et al. 2024; Zhang et al. 2024 Zhou et al. 2024）。这也进一步表明该基因在小麦生长发育中的重要地位，解析其分子调控机制对于产量相关性状的分子设计育种具有重要意义。
中国科学院遗传与发育生物学研究所童依平课题组已毕业博士常国伟、李悦和彭蕾为该论文共同第一作者，中国科学院遗传与发育生物学研究所赵学强副研究员、童依平研究员、何雪副研究员和刘翠敏研究员为共同通讯作者。该研究得到了科技创新2030－重大项目（2023ZD0406802）和中国科学院战略性先导科技专项A（XDA24010202）的资助。
Chang,G., Li, Y., Peng, L., Shen, C., Lu, Y., Teng, W., Liu, Y., Wang, Y., Zhu, W., Liu, C., et al. (2024). TavWA1 is critical for wheat growth by modulating cell morphology and arrangement. J. Integr. Plant Biol. Doi: 10.1111/jipb.13807.
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