近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)植保學(xué)院康振生院士團(tuán)隊(duì)在Plant Biotechnology Journal期刊在線發(fā)表了的題為“The wheat ABA receptor gene TaPYL1-1B contributes to drought tolerance and grain yield by increasing water-use efficiency”的研究論文。該研究克隆并鑒定了小麥抗旱新基因TaPYL1-1B，發(fā)掘了優(yōu)異單體型并對(duì)其潛在應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行了深入評(píng)估。植保學(xué)院毛虎德副研究員、碩士研究生程新秀和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所簡(jiǎn)超博士為該論文的共同第一作者，康振生院士和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所張學(xué)勇研究員為該論文的共同通訊作者。

 

　　近年來的研究表明，在缺水條件下，ABA受體基因（PYLs）的過表達(dá)可作為提高植物水分利用效率（WUE）和生產(chǎn)力的一種有效策略。為此，該團(tuán)隊(duì)克隆了一個(gè)受小麥ABF轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控的PYL基因TaPYL1-1B，并發(fā)現(xiàn)其在ABA介導(dǎo)的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)過程中具有重要的調(diào)控作用。TaPYL1-1B過表達(dá)可顯著提高種子及幼苗對(duì)ABA的敏感性，具體表現(xiàn)為ABA處理下過表達(dá)株系種子萌發(fā)延遲、幼苗生長(zhǎng)速率下降。此外，TaPYL1-1B過表達(dá)可提高小麥水分利用效率，增強(qiáng)小麥抗旱性，降低由干旱造成的小麥產(chǎn)量損失。轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)小麥株系中上調(diào)表達(dá)基因主要富集在ABA響應(yīng)、水分脅迫應(yīng)答、滲透脅迫應(yīng)答等生物學(xué)途徑。

 

　　TaPYL1-1B基因重測(cè)序及單倍型分析發(fā)現(xiàn)，小麥種質(zhì)材料中主要存在兩種單體型（Hap 1和Hap 2），攜帶Hap 1的小麥材料苗期抗旱性高于攜帶Hap 2的小麥材料。進(jìn)一步對(duì)TaPYL1-1B基因7個(gè)遺傳變異位點(diǎn)分析發(fā)現(xiàn)，只有位于啟動(dòng)子區(qū)的20-bp插入/缺失標(biāo)記（InDel-442）在兩種單體型間存在功能差異。具體表現(xiàn)為在抗旱性強(qiáng)的小麥材料中，MYB轉(zhuǎn)錄因子TaMYB70結(jié)合于20-bp插入序列中的MYB元件（CAGTTA）并激活TaPYL1-1B表達(dá)，從而導(dǎo)致TaPYL1-1B表達(dá)量變化及小麥抗旱性差異。有趣的是，20-bp插入和缺失標(biāo)記及其附近的序列可分別形成兩個(gè)完整的Tc1/Mariner微型轉(zhuǎn)座因子，表明TaPYL1-1B基因兩種單體型間InDel-442的差異可能是由于兩種不同微型轉(zhuǎn)座子的插入造成的。

 

　　進(jìn)一步利用中國(guó)小麥微核心種質(zhì)庫(kù)中154份小麥農(nóng)家種和344份現(xiàn)代育成種對(duì)TaPYL1-1BIn-442基因型頻率及其潛在應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行了分析，結(jié)果表明農(nóng)家種TaPYL1-1BIn-442基因型頻率較低，而現(xiàn)代育成種積累了較多的TaPYL1-1BIn-442基因型，并且該基因型隨著育種年代的持續(xù)積累，與小麥產(chǎn)量的不斷提升成正相關(guān)。此外，通過對(duì)農(nóng)家種和育成種產(chǎn)量相關(guān)性狀比較分析發(fā)現(xiàn)，攜帶TaPYL1-1BIn-442基因型的小麥材料具有更高的粒長(zhǎng)、粒寬和千粒重。以上研究為小麥抗旱遺傳調(diào)控機(jī)制解析提供了新思路，同時(shí)展現(xiàn)了TaPYL1-1B基因在小麥抗旱及產(chǎn)量提升中的潛在應(yīng)用價(jià)值，為小麥抗旱新品種的培育提供了重要的基因資源和選擇靶點(diǎn)。

 

　　西北農(nóng)林科技大學(xué)黃雪玲副研究員及山東農(nóng)業(yè)科學(xué)院李根英研究員對(duì)小麥轉(zhuǎn)基因及基因編輯提供了大力幫助。該項(xiàng)目得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

 

　　原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13764