JIPB | 中国农业科学院作物科学研究所小麦产量性状解析与设计团队揭示转录因子TaMYB72 调控小麦抽穗期和产量性状的新机制

文摘科学 2024-07-03 14:38 北京

小麦 (Triticum aestivum L.) 是世界上种植范围最广、适应性最强的主粮作物之一。抽穗期是小麦的重要农艺性状，决定着小麦的区域适应性和产量等。增加小麦穗粒数和千粒重以及优化小麦抽穗期，可保障小麦应对不同气候条件下的产量水平 (Sakuma, 2020)。因此，发掘新的小麦抽穗期调控基因并解析其分子机制对培育适应气候变化的广适性小麦新品种具有重要意义。

近日，中国农业科学院作物科学研究所小麦产量性状解析与设计团队在JIPB发表了题为“TaMYB72 directly activates the expression of TaFT to promote heading and enhance grain yield traits in wheat (Triticum aestivum L.)”的论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.13716)，揭示了转录因子TaMYB72调控小麦抽穗期和产量性状的新机制。

该团队前期的研究发现，TaMYB72基因可以促进水稻 (Oryza sativa L.) 提前抽穗并降低水稻株高 (Zhang et al., 2016)。本研究进一步证实了TaMYB72在小麦抽穗期和产量性状调控中的作用。通过基于CRISPR/Cas9的基因编辑技术对小麦TaMYB72基因进行编辑，获得了不同突变类型的基因敲除株系。与野生型植株 (科农199) 相比，TaMYB72基因敲除株系的抽穗期和成熟期分别推迟了约11天和6天；此外，敲除株系的穗长、穗粒数、粒长和粒重等产量相关性状均有所提升 (图1)。进一步通过酵母单杂交、EMSA及ChIP-qPCR等实验，表明TaMYB72可直接激活抽穗期基因TaFT的表达，从而调控小麦抽穗期和产量性状 (图2)。综上，TaMYB72是一个控制小麦抽穗期和产量的重要因子，其敲除株系体可作为小麦改良的重要资源。

图1. TaMYB72敲除株系表型

图2. TaMYB72激活小麦抽穗期基因TaFT的表达

中国农业科学院作物科学研究所与河北农业大学联合培养博士生武丽芬与作科所博士后解振诚为该论文共同第一作者，中国农业科学院作物科学研究所刘旭院士、孔秀英研究员和张立超研究员为共同通讯作者。作科所孙加强研究员为本研究提供了重要指导和帮助。以上研究得到了STI 2030-重大专项 (2023ZD0406802) 和中国农业科学院创新工程 (CAAS-CSCB-202401) 等项目的资助。

中国农业科学院作物科学研究所小麦产量性状解析与设计团队近年来在小麦重要农艺性状基因挖掘方面取得了系列进展，图位克隆并解析了小麦太谷核不育基因Ms2 (Xia et al., 2017, Nat. Commun.; Liu et al., 2022, Mol. Plant)；挖掘了小麦分蘖调控新基因TN1并揭示其通过影响ABA合成和信号转导途径促进小麦分蘖芽伸长的分子机制 (Dong et al., 2023a, Nat. Commun.)；解析了小麦激酶基因GSK3调控株高及抽穗期的分子机制 (Dong et al., 2023b, Plant Cell; Cui et al., 2023, J. Integr. Plant Biol.)。本研究揭示了TaMYB72基因在调控小麦抽穗期及产量性状方面的重要功能，为小麦遗传改良提供了重要的候选基因。

参考文献：

Sakuma, S., and Schnurbusch, T. (2020). Of floral fortune: Tinkering with the grain yield potential of cereal crops. New Phytol. 225: 1873–1882.

Zhang, L.C., Liu, G.X., Jia, J.J., Zhao, G.Y., Xia, C., Zhang, L.N., Li, F., Zhang, Q., Dong, C.H., Gao, S.C., et al. (2016). The wheat MYB-related transcription factor TaMYB72 promotes flowering in rice. J. Integr. Plant Biol. 58: 701–704.

Xia, C., Zhang, L.C., Zou, C., Gu, Y.Q., Duan, J.L., Zhao, G.Y., Wu, J., Liu, Y., Fang, X.H., Gao, L.F., et al. (2017). A TRIM insertion in the promoter of Ms2 causes male sterility in wheat. Nat. Commun. 8: 15407.

Liu, J., Xia, C., Dong, H.H., Liu, P., Yang, R.Z., Zhang, L.C., Liu, X., Jia, J.Z., Kong X.Y., and Sun, J.Q. (2022). Wheat male-sterile 2 reduces ROS levels to inhibit anther development by deactivating ROS modulator 1. Mol. Plant 15: 1428–1439.

Dong, C.H., Zhang, L.C., Zhang, Q., Yang, Y.X., Li, D.P., Xie, Z.C., Cui, G.Q., Chen, Y.Y., Wu, L.F., Li, Z., et al. (2023a). Tiller Number1 encodes an ankyrin repeat protein that controls tillering in bread wheat. Nat. Commun. 14: 836.

Dong, H.H., Li, D.P., Yang, R.Z., Zhang, L.C., Zhang, Y.W., Liu, X., Kong, X.Y., and Sun, J.Q. (2023b). GSK3 Phosphorylates and regulates the Green Revolution protein Rht-B1b to reduce plant height in wheat. Plant Cell 22: koad090.

Cui, G.Q., Li, D.P., Zhang, L.C., Xia, C., Kong, X.Y., and Liu, X. (2023). GSK3 regulates VRN1 to control flowering time in wheat. J. Integr. Plant Biol. 65: 1605–1608.

文章引用：

Wu, L., Xie, Z., Li, D., Chen, Y., Xia, C., Kong, X., Liu, X. and Zhang, L. (2024). TaMYB72 directly activates the expression of TaFT to promote heading and enhance grain yield traits in wheat (Triticum aestivum L.). J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111/jipb.13716

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