對于主要作物，每穗粒數(shù)是決定產(chǎn)量的三要素之一。小麥穗通過一次分枝形成小穗，小穗上再形成小花并進而發(fā)育為麥粒。適度增加小穗數(shù)是提高產(chǎn)量的重要途徑。7月7日，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所焦雨鈴研究組在Nature Plants上，發(fā)表了題為Improving bread wheat yield through modulating an unselected AP2/ERF gene的研究論文，報道了一個全新的提升小穗數(shù)的新基因DUO-B1。Nature Plants同期刊發(fā)了介紹該成果的研究簡報（Gain in grain yield in wheat with extra spikelets）。

 

　　該研究在二穗短柄草中發(fā)現(xiàn)了一個穗多分枝的突變體，并分離到對應的基因BdDUO1。該基因編碼一個ERF類轉(zhuǎn)錄因子。該基因的擬南芥同源基因突變后，莖生葉分枝數(shù)有微弱提升。而該基因在普通小麥B基因組中的同源基因DUO-B1表達在群體中與穗粒數(shù)負相關(guān)，提示參與穗發(fā)育調(diào)控。對DUO-B1敲除后，研究發(fā)現(xiàn)突變體具有多小穗的表型，且其他農(nóng)藝性狀無明顯改變。突變體中穗中部在一個穗節(jié)處形成多個小穗，從而提升了穗粒數(shù)。

 

　　該突變體的多年多條件種植結(jié)果顯示，在中等密度的田間種植條件下duo-B1突變體穗粒數(shù)提升并可增產(chǎn)~10%。在密植條件下雖穗粒數(shù)提升，但被千粒重的降低所抵消，突變體無明顯產(chǎn)量提升。進一步研究發(fā)現(xiàn)，突變體中穗原基中細胞分裂增加，并發(fā)現(xiàn)DUO-B1作為轉(zhuǎn)錄因子激活了已知穗分枝抑制基因WFZP的表達。分析發(fā)現(xiàn)，DUO-B1位點無明顯的選擇信號，說明是尚未被充分利用的新位點。

 

　　該研究發(fā)現(xiàn)了一個能夠通過增加小穗數(shù)提升產(chǎn)量的新基因，對于剖析小麥產(chǎn)量性狀形成的機制具有重要意義，并為小麥高產(chǎn)育種提供了重要的基因資源。研究工作得到國家自然科學基金、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項和植物基因組學國家重點實驗室的支持。中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所、河北師范大學與中科院植物研究所的科研人員亦對本研究中做出了重要貢獻。