小麥作為全球最主要的糧食作物之一，其産量直接關系到全球糧食安全。提高小麥産量一直是育種工作的核心目标。單株有效分蘖數、單穗粒數和粒重是決定小麥産量的三個關鍵要素。然而，在實際育種過程中，這三個産量要素之間存在着複雜的互相制約關系。單一産量要素的提高往往伴随着其他要素的降低，這限制了小麥産量的整體提升。是以，研究産量要素之間的平衡機制，通過株型的優化來打破這種制約關系，成為未來小麥育種和進一步提高産量的主要方向之一。然而，目前關于小麥分蘖數和粒重之間平衡機制的認識仍然不夠清晰。
JIPB近日線上發表了中國農業科學院作物科學研究所郝晨陽研究員課題組題為“The TaGW2-TaSPL14 module regulates the trade-off between tiller number and grain weight in wheat”的研究論文 (https://doi.org/ 10.1111/jipb.13723)。該研究發現小麥粒重調控因子TaGW2能夠與株型調控因子TaSPL14發生互作，并介導了TaSPL14的泛素化降解，進而具有負調控小麥粒重和正調控小麥分蘖數的雙重效應。
圖1. TaGW2-TaSPL14子產品調控小麥分蘖數與粒重之間的平衡郝晨陽課題組研究發現過表達TaSPL14基因導緻分蘖數減少、粒重增加，而敲除TaSPL14則相反，表明TaSPL14具有負調控分蘖數、正調控粒重的作用。進一步通過酵母雙雜交篩庫發現TaGW2是TaSPL14的一個新的互作蛋白， TaGW2能夠介導TaSPL14的泛素化和蛋白降解，是TaSPL14的負調控因子。通過鑒定TaGW2過表達和基因編輯株系的表型，确定其除了已知的負調控粒重的作用外，還具有正調控分蘖數的作用，與TaSPL14作用相反。此外，關聯分析發現TaSPL14-7A和TaGW2-6A的單倍型均與有效分蘖和粒重存在相關性，且兩者的單倍型組合對有效分蘖和粒重表現出顯著的加性效應。通過選擇合适的單倍型組合，可以在不顯著減少有效分蘖數的情況下提高粒重，展現出在小麥分子育種中的應用潛力。該研究揭示了TaGW2-TaSPL14是調節分蘖數和粒重互相平衡的新分子子產品，并為其在提高小麥産量方面的潛在應用提供了新的見解。
郝晨陽課題組近年來在粒重基因TaGW2的功能研究中取得了一系列進展，揭示了TaGW2不同單倍型的遺傳效應及分子機制 (Qin et al., 2014；Liu et al., 2020)，以及在小麥葉鏽病抗性等一因多效性中的作用 (Liu et al., 2024)。這篇論文進一步揭示了TaGW2在株型調控中的作用。博士後簡超、碩士生潘玉雪和博士生劉淑娟為論文共同第一作者，郝晨陽研究員、李甜副研究員和侯健副研究員為共同通訊作者。張學勇研究員和美國俄克拉荷馬州立大學嚴六零教授也參與了該項研究工作。本研究得到北京市自然科學基金、中國農科院科技創新工程等項目的資助。
參考文獻：Qin, L., Hao, C., Hou, J., Wang, Y., Li, T., Wang, L., Ma, Z., and Zhang, X. (2014). Homologous haplotypes, expression, genetic effects and geographic distribution of the wheat yield gene TaGW2. BMC Plant Biol. 14: 107.Liu, H., Li, H., Hao, C., Wang, K., Wang, Y., Qin, L., An, D., Li, T., and Zhang, X.(2020).TaDA1, a conserved negative regulator of kernel size, has an additive effect with TaGW2in common wheat (Triticum aestivumL.). Plant Biotechnol. J. 18:1330–1342.Liu, S., Liu, H., Guo, M., Pan, Y., Hao, C., Hou, J., Yan, L., Zhang, X., Chen, X., and Li, T. (2024). Knockout of GRAIN WIDTH2has a dual effect on enhancing leaf rust resistance and increasing grain weight in wheat. Plant Biotechnol. J. 22: 2007–2009.文章引用：Jian, C., Pan, Y., Liu, S., Guo, M., Huang, Y., Cao, L., Zhang, W., Zhang, X., Yan, L., Hou, J., Hao, C., and Li, T. (2024). The TaGW2-TaSPL14 module regulates the trade-off between tiller number and grain weight in wheat. J. Integr. Plant Biol.
https://doi.org/ 10.1111/jipb.13723
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