前沿 | 农学院贾海燕教授团队与美国俄克拉荷马大学合作克隆提高籽粒产量的关键基因

近日，我校农学院应用植物基因组团队贾海燕教授与美国俄克拉荷马大学合作在SCIENCE发表了题为“TaCol-B5 modifies spike architecture and enhances grain yield in wheat”的研究论文，报道了一个决定普通小麦每穗小穗节数和籽粒产量基因的克隆，探讨了该基因提高产量的分子机制。

普通小麦的籽粒产量受三个主要因素影响：单位面积的穗数、每穗粒数和粒重。增加其中任何一个因素都可以提高籽粒产量。穗数可以通过促进分蘖而增加，每穗粒数分为小穗数和每小穗粒数两个组分。增加小穗数是提高粒数但不降低粒重的有效途径。

研究人员先利用CItr17600和扬麦18的F2群体，将一个控制每穗小穗节数(SNS)的主效QTL定位在7B染色体上，LOD值达到15.3，解释43%的表型变异。通过重组体表型和基因型鉴定和双亲序列比对，推测TaCOL-B5为候选基因，命名为编码一种constans类似的蛋白。从CItr17600中克隆了TaCol-B5的cDNA，将其转化到扬麦18中，表型分析发现该基因在转基因的不同时代都可以显著提高每穗小穗节数和籽粒产量，确定了TaCol-B5为控制每穗小穗节数的关键基因。

TaCol-B5和Tacol-B5蛋白之间氨基酸的差异影响了与其他蛋白的相互作用。体外磷酸化相互作用的比较研究表明，TaCol-B5和Tacol-B5的Ser269/Gly269取代导致TaK4潜在的差异蛋白磷酸化。研究中还分析了来自全球各地的1756份小麦种质，发现仅有33份二粒小麦携带TaCol-B5等位基因，在全球现代小麦品种中极为罕见。

该研究克隆了一个提高小麦籽粒产量的关键基因，同时也为蛋白质磷酸化可能参与植物穗结构和籽粒产量提供了示范。该论文是贾海燕教授2018年在美国俄克拉荷马大学访学时的部分研究成果。

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