小麦是全球最重要的粮食作物之一，为人类提供约20%的口粮。不断改良小麦株型，持续提升小麦群体产量的稳定性，对于确保小麦粮食供给和保障全球粮食安全至关重要。自20世纪60年代以来，小麦株型改良主要以半矮化为主，即在育种中广泛利用绿色革命矮秆基因Reduced height (Rht)-B1b和Rht-D1b。然而，单一矮秆基因的大范围应用造成全球栽培小麦品种的株型结构趋于一致，多样性降低。因此，挖掘新的小麦矮秆基因，拓宽和丰富现有矮秆基因资源库，是培育不同株型结构高产小麦新品种的重要途径。
2023年9月12日，Journal of Genetics and Genomics在线发表中国农业大学小麦研究中心题为“TaACTIN7-D regulates plant height and grain shape in bread wheat”的研究论文。该研究克隆了一个新的小麦株高调控基因TaACTIN7-D。该基因突变后，可使小麦的株高降低，同时籽粒变圆，是小麦株型与粒型协同改良的可选基因资源。
该研究以冬小麦品种长6878 (Chang 6878)为遗传背景，通过EMS诱变获得一个矮秆圆粒的突变体，命名为mu-597。通过构建分离群体和基因图位克隆，发现在mu-597突变体中肌动蛋白编码基因TaACT7-D发生了一个由“G”到“A”的碱基突变，导致其编码的TaACT7蛋白第65位氨基酸由甘氨酸(Gly)突变为丝氨酸(Ser)。突变类型的TaACT7-DG65S虽然能够与正常功能的TaACT7发生相互作用，但其形成多聚体的能力显著降低。因此推测，突变类型TaACT7-DG65S的积累干扰了小麦细胞中单体肌动蛋白(G-actin)向聚集态丝状肌动蛋白(F-actin)的动态转变，从而使小麦的细胞骨架重塑发生异常，表现出植株矮化和籽粒变圆的表型。进一步研究发现，mu-597突变体对油菜素内酯、赤霉素、生长素等多种植物激素均不敏感，暗示TaACT7位于这些激素信号下游，是这几种激素应答的关键节点基因。
以Chang 6878为遗传背景获得的小麦矮秆突变体mu-597
A：植株形态；B：籽粒表型；C：茎秆细胞F-actin染色。
综上所述，该研究发现了一个能够同时影响株高和粒型的新基因TaACT7-D，为小麦株型和粒型协同改良提供了新的基因资源和设计思路。TaACT7蛋白如何同时影响多种植物激素的应答？这仍然是一个值得深入探讨和解决的科学问题。
作者简介
中国农业大学小麦研究中心李雄涛博士为该论文第一作者，刘杰副教授和柴岭岭副研究员为共同通讯作者。孙其信教授、倪中福教授、姚颖垠教授、宿振起教授、郭伟龙副教授对课题进行了指导和帮助。相关工作得到国家重点研发计划、海南省崖州湾种子实验室和国家自然科学基金项目资助。
引用本文
Xiongtao Li, Beilu Cao, Dejie Du, Long Song, Lulu Tian, Xiaoming Xie, Zhaoyan Chen, Yanpeng Ding, Xuejiao Cheng, Yingyin Yao, Weilong Guo, Zhenqi Su, Qixin Sun, Zhongfu Ni, Lingling Chai, and Jie Liu. (2023). TaACTIN7-D regulates plant height and grain shape in bread wheat. Journal of Genetics and Genomics.
DOI：10.1016/j.jgg.2023.09.001
第一作者面对面
自我介绍
大家好！我是李雄涛，河北保定人。我在中国农业大学小麦研究中心攻读博士学位，主要利用突变体材料对小麦株高性状进行研究。
业余兴趣爱好
爬山和下象棋(又懒又想动，又菜又爱玩)。
目标或愿景
愿如小麦种子一样在合适的土壤里生根发芽。
你心目中最喜欢或敬仰的科学家
孟德尔(Gregor Johann Mendel)。我相信很多人都知道他提出的遗传规律，因为他的成果奠定了遗传学基础。他敏锐的洞察力、严谨的数学推理和不懈尝试的精神都值得我们敬重。
如何向你的家人朋友介绍研究的内容和意义？
人有高矮，小麦也是如此，其株高表型都是由基因决定的。我们希望克隆不同类型的小麦株高基因，实现小麦植株高度的精准设计。例如，让湿润多风地区的小麦矮化，让干旱强光地区的小麦株高适当提高。精准设计及预测小麦的植株高度，将有利于高产稳产小麦新品种的培育，促进我国小麦产量不断提升和保障我国口粮安全。这对于满足我们“吃饱、吃好、吃得健康”的需求来说是非常重要的。
在课题研究过程中，你遇到过什么特别的困难，是如何克服的？
在克隆得到mu-597候选基因TaACT7-DG65S时，我有开心也有忧虑。开心的是终于获得了期待已久的候选基因，忧虑的是该如何观察小麦组织中的actin结构。在倪中福、刘杰、柴岭岭、李岩、毛同林、王书伟等多位老师的指导和建议下，通过阅读文献和不断摸索染色条件，我终于成功观察到小麦茎秆细胞中的F-actin结构。
在得知论文被接收后，你的感觉是什么？
在得知这一消息时，我十分开心。在此，非常感谢导师在整个研究过程中的指导和关怀，以及实验室众多朋友的热忱帮助。任何一项研究工作都不是一个人在战斗，团队协作非常重要。
在你的研究领域中，你认为最挑战的科学问题是什么？
才疏学浅，大胆发言：我认为最挑战的问题是如何实现精准表型预测，即通过基因组数据预测小麦在某一特定生长条件下的株高、分蘖、穗粒数、粒重等表型。
图文来源：JGG 遗传学报公众号
转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号
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