JIPB | 安徽农业大学马传喜教授团队揭示TaABI4-TaNAC-A1-TaCYP94-A1模块调控小麦种子休眠的新机制

小麦生产安全直接关系到全球粮食安全。在小麦驯化进程中, 为获得整齐一致的高出苗率, 弱休眠性状被逐渐选择并保留下来。然而, 弱休眠也导致小麦在收获期遇高湿条件时易发生穗发芽, 严重影响小麦品质、产量、播种质量以及食品安全。因此, 鉴定种子休眠相关基因并阐明其调控机制, 对培育具有适度休眠特性、减轻穗发芽损失的小麦品种具有重要意义。

近日, 安徽农业大学马传喜教授团队在JIPB在线发表了题为“The transcription factors TaABI4 and TaNAC-A1 fine-tune TaCYP94-A1 transcription to modulate seed dormancy in wheat”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.70187)。该研究鉴定到一个编码小麦细胞色素P450的基因TaCYP94-A1, 敲除该基因能显著增强小麦种子休眠与穗发芽抗性, 且不影响其他重要农艺性状。

序列分析表明, TaCYP94-A1基因启动子区存在2个与种子休眠显著关联的关键SNP (–1895 bp, T/C和–1225bp, T/C)。单倍型分析显示, TaCYP94-A1^1,895C与TaCYP94-A1^1,225C等位基因的组合 (Hap4) 为强休眠相关的优异单倍型。生化与分子生物学实验进一步揭示, 转录因子TaABI4和TaNAC-A1分别结合于TaCYP94-A1启动子的5'-ACCGC-3' (C, –1895 bp) 和5'-GACTTC-3' (C, –1225 bp) 基序, 且二者通过蛋白互作以拮抗方式调控其转录。深入分析表明, TaABI4/TaNAC-A1-TaCYP94-A1模块通过影响赤霉素、脱落酸和茉莉酸信号通路, 最终调控种子休眠与穗发芽抗性。综上, 该研究揭示了一个新的种子休眠调控模块, 为通过分子设计育种培育抗穗发芽小麦品种提供了基因资源与分子标记 (图1)。

图1 TaCYP94-A1调控小麦种子休眠的分子机制

安徽农业大学农学院在读博士研究生张李田和河南省农科院方宇辉副研究员为该论文共同第一作者。安徽农业大学马传喜教授、常成教授以及张海萍教授为该论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金 (32372069、U20A2033) 和江苏省现代农业协同创新中心 (JCIC-MCP) 的资助。

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