一作解读 | PNAS | 中国农业大学小麦研究中心揭示TaMYB55-TaSnRK1α1-TabZIP9模块调控小麦耐热性的分子机制

【导读】全球气候变暖导致极端高温天气频发，对小麦等作物的产量和品质造成了显著影响。如何在提高作物抗逆性的同时兼顾产量潜力，是作物遗传育种领域的重要研究方向。

2026年7月1日，中国农业大学小麦研究中心在国际综合性学术期刊PNAS上在线发表了题为“The TaMYB55-TaSnRK1α1-TabZIP9 module confers heat stress tolerance in wheat”的研究论文。该研究克隆了小麦耐热关键基TaSnRK1α1，并解析了其介导的转录与蛋白激酶级联调控网络，为培育气候适应型小麦新品种提供了基因资源。

研究背景

小麦是全球最重要的口粮作物之一，提供了人类约20%的卡路里和蛋白质来源。然而，小麦对热胁迫较为敏感，平均气温每上升1°C，小麦产量平均下降约6%。在作物育种中，抗逆性状的引入有时会伴随植物生长受阻或产量下降（即生长与防御的权衡）。因此，挖掘能够协同提升小麦耐热性与产量的关键基因，对于分子育种具有重要意义。

主要研究内容

TaSnRK1α1协同调控小麦耐热性与千粒重

研究发现，无论是在幼苗期还是成株期，敲除TaSnRK1α1基因都会导致小麦在热胁迫下的存活率显著降低；而过表达TaSnRK1α1的株系在高温条件下的存活率显著提升。田间热胁迫实验表明，过表达TaSnRK1α1不仅能减少高温造成的产量损失，且在正常生长条件下也可提高小麦千粒重，兼具抗逆调控与产量提升的双重效应。

TaSnRK1α1自然变异分析

为探究耐热性差异的遗传基础，研究团队对950份小麦种质进行了单倍型分析，在TaSnRK1α1启动子上游（-2990 bp）鉴定到一个关键的A/G SNP。携带“G”单倍型的启动子具有更高的转录活性，赋予了小麦更强的耐热表型。地理与群体分布分析显示，该优异单倍型在传统地方品种以及干热风频发的我国西北麦区中分布频率更高。团队据此开发了KASP分子标记，为耐热标记辅助育种提供了工具。

TaMYB55通过转录激活TaSnRK1α1调控小麦耐热性

通过酵母单杂交和EMSA等实验，研究团队证实了转录因子TaMYB55能够直接结合TaSnRK1α1的启动子区域。值得注意的是，前述的A/G变异正好位于结合基序内，TaMYB55对携带“G”等位的启动子表现出更强的结合亲和力及转录激活能力。表型鉴定结果显示，敲除TaMYB55同样会导致小麦耐热性下降。

TaSnRK1α1磷酸化TabZIP9并介导其降解

TaSnRK1α1作为一种蛋白激酶，下游信号如何传递？通过互作筛选，研究团队锁定了转录因子TabZIP9。酵母双杂交、Split-LUC及Co-IP等实验证实了二者在体内外的相互作用。体外磷酸化及蛋白稳定性实验进一步表明，TaSnRK1α1能够直接磷酸化TabZIP9，并促使其通过泛素-蛋白酶体途径发生降解。

TaSnRK1α1通过降解负调控因子TabZIP9调控ROS稳态增强小麦耐热性

表型鉴定结果显示，TabZIP9敲除突变体耐热性显著增强，而过表达株系对热胁迫的敏感性显著提高，表明TabZIP9在热胁迫响应中发挥负调控作用。同时，遗传分析证实，TaSnRK1α1在TabZIP9的上游发挥作用。在分子机制层面，TabZIP9能够直接结合并抑制一系列活性氧（ROS）清除关键基因（如TaPAL、TaAPX、TaPOD和TaSOD）的表达。TabZIP9的降解有效解除了其对下游ROS清除系统的转录抑制，大幅提高了小麦清除ROS的能力，最终缓解了高温带来的细胞氧化损伤。

总结

在热胁迫条件下，转录因子TaMYB55结合并激活TaSnRK1α1的表达。其中，TaSnRK1α1启动子区的优异自然变异（-2990G）可显著增强TaMYB55的结合亲和力，积累的TaSnRK1α1蛋白激酶磷酸化下游靶蛋白TabZIP9，导致其发生快速降解；这有效解除了TabZIP9对ROS清除系统的转录抑制，维持了细胞的氧化还原稳态，最终实现了小麦耐热性的提升。

作者与资助信息

中国农业大学农学院小麦研究中心辛明明教授为该论文的通讯作者，博士后杨文为论文第一作者。中国农业大学孙其信院士、倪中福教授、彭惠茹教授、姚颖垠教授、胡兆荣教授、秦峰教授、青岛农业大学张玉梅教授、郭卫卫副教授，以及VIB植物系统生物学中心Ive De Smet教授对该工作进行了指导和帮助；此外已毕业博士研究生李仁汉、冯曼，博士生陈哲也参与了该工作。本研究得到了山东省重点研发计划（2025LZGC001）、新疆干旱区农业科技创新专项（XJHQNY-2025-4）以及国家自然科学基金（W2412027）的资助。

DOI 链接 https://doi.org/10.1073/pnas.2601097123