近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院應(yīng)用植物基因組團隊賈海燕教授與美國俄克拉荷馬大學(xué)合作在SCIENCE發(fā)表了題為“TaCol-B5 modifies spike architecture and enhances grain yield in wheat”的研究論文，報道了一個決定普通小麥每穗小穗節(jié)數(shù)和籽粒產(chǎn)量基因的克隆，探討了該基因提高產(chǎn)量的分子機制。

 

　　普通小麥的籽粒產(chǎn)量受三個主要因素影響：單位面積的穗數(shù)、每穗粒數(shù)和粒重。增加其中任何一個因素都可以提高籽粒產(chǎn)量。穗數(shù)可以通過促進分蘗而增加，每穗粒數(shù)分為小穗數(shù)和每小穗粒數(shù)兩個組分。增加小穗數(shù)是提高粒數(shù)但不降低粒重的有效途徑。

 

　　研究人員先利用CItr17600和揚麥18的F2群體，將一個控制每穗小穗節(jié)數(shù)（SNS）的主效QTL定位在7B染色體上，LOD值達到15.3，解釋43%的表型變異。通過重組體表型和基因型鑒定和雙親序列比對，推測TaCOL-B5為候選基因，命名為編碼一種constans類似的蛋白。從CItr17600中克隆了TaCol-B5的cDNA，將其轉(zhuǎn)化到揚麥18中，表型分析發(fā)現(xiàn)該基因在轉(zhuǎn)基因的不同時代都可以顯著提高每穗小穗節(jié)數(shù)和籽粒產(chǎn)量，確定了TaCol-B5為控制每穗小穗節(jié)數(shù)的關(guān)鍵基因。

 

　　TaCol-B5和Tacol-B5蛋白之間氨基酸的差異影響了與其他蛋白的相互作用。體外磷酸化相互作用的比較研究表明，TaCol-B5和Tacol-B5的Ser269/Gly269取代導(dǎo)致TaK4潛在的差異蛋白磷酸化。研究中還分析了來自全球各地的1756份小麥種質(zhì)，發(fā)現(xiàn)僅有33份二粒小麥攜帶TaCol-B5等位基因，在全球現(xiàn)代小麥品種中極為罕見。

 

　　該研究克隆了一個提高小麥籽粒產(chǎn)量的關(guān)鍵基因，同時也為蛋白質(zhì)磷酸化可能參與植物穗結(jié)構(gòu)和籽粒產(chǎn)量提供了示范。該論文是賈海燕教授2018年在美國俄克拉荷馬大學(xué)訪學(xué)時的部分研究成果。