近日，我院康振生院士團隊在 Plant Biotechnology Journal 期刊在線發(fā)表了的題為“The wheat ABA receptor gene TaPYL1-1B contributes to drought tolerance and grain yield by increasing water-use efficiency”的研究論文。該研究克隆并鑒定了小麥抗旱新基因 TaPYL1-1B ，發(fā)掘了優(yōu)異單體型并對其潛在應用價值進行了深入評估。我院毛虎德副研究員、碩士研究生程新秀和中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所簡超博士為該論文的共同第一作者，康振生院士和中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所張學勇研究員為該論文的共同通訊作者。
近年來的研究表明，在缺水條件下，ABA受體基因（ PYLs ）的過表達可作為提高植物水分利用效率（WUE）和生產(chǎn)力的一種有效策略。為此，該團隊克隆了一個受小麥ABF轉錄因子調(diào)控的 PYL 基因 TaPYL1-1B ，并發(fā)現(xiàn)其在ABA介導的種子萌發(fā)和幼苗生長過程中具有重要的調(diào)控作用。 TaPYL1-1B 過表達可顯著提高種子及幼苗對ABA的敏感性，具體表現(xiàn)為ABA處理下過表達株系種子萌發(fā)延遲、幼苗生長速率下降。此外， TaPYL1-1B 過表達可提高小麥水分利用效率，增強小麥抗旱性，降低由干旱造成的小麥產(chǎn)量損失。轉錄組測序分析發(fā)現(xiàn)，過表達小麥株系中上調(diào)表達基因主要富集在ABA響應、水分脅迫應答、滲透脅迫應答等生物學途徑。
TaPYL1-1B 基因重測序及單倍型分析發(fā)現(xiàn)，小麥種質(zhì)材料中主要存在兩種單體型（Hap 1和Hap 2），攜帶Hap 1的小麥材料苗期抗旱性高于攜帶Hap 2的小麥材料。進一步對 TaPYL1-1B 基因7個遺傳變異位點分析發(fā)現(xiàn)，只有位于啟動子區(qū)的20-bp插入/缺失標記（InDel-442）在兩種單體型間存在功能差異。具體表現(xiàn)為在抗旱性強的小麥材料中，MYB轉錄因子TaMYB70結合于20-bp插入序列中的MYB元件（CAGTTA）并激活 TaPYL1-1B 表達，從而導致 TaPYL1-1B 表達量變化及小麥抗旱性差異。有趣的是，20-bp插入和缺失標記及其附近的序列可分別形成兩個完整的 Tc1/Mariner 微型轉座因子，表明 TaPYL1-1B 基因兩種單體型間InDel-442的差異可能是由于兩種不同微型轉座子的插入造成的。
進一步利用中國小麥微核心種質(zhì)庫中154份小麥農(nóng)家種和344份現(xiàn)代育成種對 TaPYL1-1B In-442基因型頻率及其潛在應用價值進行了分析，結果表明農(nóng)家種 TaPYL1-1B In-442基因型頻率較低，而現(xiàn)代育成種積累了較多的 TaPYL1-1B In-442基因型，并且 TaPYL1-1B In-442基因型隨著育種年代的持續(xù)積累，與小麥產(chǎn)量的不斷提升成正相關。此外，通過對農(nóng)家種和育成種產(chǎn)量相關性狀比較分析發(fā)現(xiàn)，攜帶 TaPYL1-1B In-442基因型的小麥材料具有更高的粒長、粒寬和千粒重。以上研究為小麥抗旱遺傳調(diào)控機制解析提供了新思路，同時展現(xiàn)了 TaPYL1-1B 基因在小麥抗旱及產(chǎn)量提升中的潛在應用價值，為小麥抗旱新品種的培育提供了重要的基因資源和選擇靶點。
TaPYL1-1B 及其優(yōu)異等位變異調(diào)控小麥抗旱性的作用模式
西北農(nóng)林科技大學黃雪玲副研究員及山東農(nóng)業(yè)科學院李根英研究員對小麥轉基因及基因編輯提供了大力幫助。該項目得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、陜西省自然科學基礎研究計劃等項目的資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13764
