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小麦是世界上重要的粮食作物之一，是全世界40%人口的主粮 (Gupta et al., 2008)。在小麦籽粒灌浆阶段，大量的储藏淀粉和蛋白质积累在胚乳中，该阶段决定了籽粒宽度和粒重，最终影响小麦产量和质量 (Kaushik et al，2020)。淀粉约占小麦籽粒干重的70%，是小麦胚乳的主要成分 (McLaugh et al，2014)。蔗糖运输到胚乳后转化为UDP葡萄糖和果糖 (Chen et al，2012；Koch，2004)，然后在一系列淀粉合成相关酶的作用下合成淀粉(McLaugh et al，2014)。解析小麦淀粉合成调控的分子机制，对于选育高产优质小麦新品种具有重要的意义。近日，JIPB在线发表了中国农业大学小麦研究中心梁荣奇课题组题为“TaDL Interacts with TaB3 and TaNF-YB1 to synergistically Regulate the Starch Synthesis and Grain Quality in Bread Wheat”的研究论文 (DOI: 10.1111/jipb.13815)。该研究报道了TaDL与TaB3和TaNF-YB1相互作用，通过直接结合淀粉生物合成相关基因的启动子区域，促进淀粉合成，从而协同改善籽粒品质 (图1)。本文利用CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术，获得了TaDL部分同源基因的双突遗传材料 (tadl突变体)。tadl突变体籽粒变小，淀粉含量和千粒重显著降低。相应的，淀粉生物合成相关基因TaSUS1、TaSUS2、TaAGPL2、TaSBEIIa、TaGBSSII和TaSWEET2a的表达量在开花后15天显著降低。TaDL与TaB3和TaNF-YB1存在蛋白互作，通过直接结合TaSUS2和TaAGPL2的启动子区域激活它们的转录。敲除TaB3也影响籽粒灌浆，其表型与tadl突变体相似，而TaNF-YB1的过表达则促进了籽粒灌浆。此外，本研究鉴定了一个与淀粉含量相关的优异等位基因 (TaDL-BI)，为进一步解析小麦籽粒灌浆的分子机制提供了理论依据，也为小麦高产育种和品质改良提供了基因资源。图1. TaDL与TaB3和TaNF-YB1协同调控小麦籽粒淀粉合成的分子机制中国农业大学小麦研究中心博士后刘国玉和张润琪为论文共同第一作者，梁荣奇副教授为通讯作者，已毕业博士娄鸿耀、朱军和博士研究生吴子彦、余家正参与了部分研究，刘杰教授、缑金营教授、倪中福教授、孙其信院士对该研究给予了重要支持。中国农业大学小麦研究中心李保云教授、郭伟龙教授、邢界文副教授、宋娜博士及河南农业大学康国章研究员对本研究提供了帮助和支持。该研究得到了国家自然科学基金项目 (32472171)、农业生物育种国家科技重大专项 (2023ZD040680303)，国家重点研发计划 (2022YFD1200803)，国家资助博士后研究人员计划 (GZC20241946, GZC20233050)的资助。参考文献：
Chen, L.Q., Qu, X.Q., Hou, B.H., Sosso, D., Osorio, S., Fernie, A.R., and Frommer, W.B. (2012). Sucrose efflux mediated by SWEET proteins as a key step for phloem transport. Science. 335: 207–211.
Gupta, P.K., Mir, R.R., Mohan, A., and Kumar, J. (2008). Wheat Genomics: present status and future prospects. Int. J. Plant Genomics. 2008: 896451.
Kaushik, M., Rai, S., Venkadesan, S., Sinha, S.K., Mohan, S., and Mandal, P.K. (2020). Transcriptome analysis reveals important candidate genes related to nutrient reservoir, carbohydrate metabolism, and defence proteins during grain development of hexaploid bread wheat and its diploid progenitors. Genes (Basel). 11: 509.
Koch, K. (2004). Sucrose metabolism: regulatory mechanisms and pivotal roles in sugar sensing and plant development. Curr. Opin Plant Biol. 7: 235–246.
McMaugh, S.J., Thistleton, J.L., Anschaw, E., Luo, J.X., Konik-Rose, C., Wang, H., Huang, M., Larroque, O., Regina, A., Jobling, S.A., et al. (2014). Suppression of starch synthase I expression affects the granule morphology and granule size and fine structure of starch in wheat endosperm. J. Exp. Bot. 65: 2189–2201.
Liu, G., Zhang, R., Wu, Z., Yu, J., Lou, H., Zhu, J., Liu, J., Gou, J., Ni, Z., Sun, Q., et al. (2024). TaDL interacts with TaB3 and TaNF-YB1 to synergistically regulate the starch synthesis and grain quality in bread wheat. J. Integr. Plant Biol. Doi:10.111/jipb.13815 为了能更有效地帮助广大的科研工作者获取相关信息，植物生物技术Pbj特建立微信群，Plant Biotechnology Journal投稿以及文献相关问题、公众号发布内容及公众号投稿问题都会集中在群内进行解答，同时鼓励在群内交流学术、碰撞思维。为了保证群内良好的讨论环境，请先添加小编微信，扫描二维码添加，之后我们会及时邀请您进群。小提示：添加小编微信时及进群后请务必备注学校或单位+姓名，PI在结尾注明，我们会邀请您进入PI群。
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