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（来源：小麦研究联盟）
籽粒大小是决定小麦产量形成的关键农艺性状之一，通常与粒长、粒宽、粒厚及千粒重等密切相关。鉴定籽粒大小相关基因并解析其分子调控网络，对阐明小麦籽粒发育与产量形成机制、服务高产育种实践具有重要意义。迄今为止，多个小麦籽粒大小相关基因已被克隆，并初步解析其作用通路，然而多数研究成果难以直接转化应用于小麦品种改良实践。
近日，西北农林科技大学农学院吉万全教授团队The Crop Journal在线发表了题为“TaPDCD5 negatively regulates wheat grain size and weight by modulating ROS accumulation”的研究论文。该研究表明TaPDCD5通过调控籽粒中ROS积累，在小麦籽粒发育中发挥负调控作用。并进一步评估了TaPDCD5在品种改良中的应用潜力。
研究团队鉴定到TaPDCD5在小麦中存在3个同源拷贝，编码蛋白均含有典型的双链DNA结合结构域。与野生型相比，TaPDCD5-1B过表达小麦的粒长、粒宽和千粒重均显著下降(图1)，而TaPDCD5基因编辑突变体表现出粒长和千粒重的显著增加(图2)，表明TaPDCD5负调控小麦籽粒大小。其中TaPDCD5的三重敲除突变体的粒长与千粒重相较于单拷贝和双拷贝突变体表现出更大的增加幅度，表明TaPDCD5在调控籽粒性状上存在加性效应。
图1 TaPDCD5-1B过表达导致小麦籽粒性状受损
图2 敲除TaPDCD5增加小麦的粒长与粒重
对野生型和TaPDCD5敲除突变体开花后3天籽粒的RNA-seq分析显示，差异表达基因主要富集在氧化还原等(GO:0016702,GO:0051213)相关条目(图3)。多数ROS清除相关基因在TaPDCD5敲除突变体中显著上调表达，其中包括3个SOD基因。双荧光素酶实验表明，TaPDCD5直接抑制3个SOD基因的转录。同时开花后3天籽粒的生理指标检测显示，TaPDCD5敲除突变体籽粒中SOD活性显著升高，而H2O2含量则显著降低。表明TaPDCD5可能通过抑制ROS清除相关基因的表达，影响籽粒ROS稳态，进而负调控小麦籽粒发育。
图3 TaPDCD5敲除突变体和野生型开花后3天籽粒的RNA-seq分析
为进一步评估TaPDCD5的应用潜力，本研究对小麦基因编辑体系进行优化，突破转化基因型限制，在小麦品种西农511背景下获得了TaPDCD5敲除突变体。与对照相比，突变体的粒长、粒宽和千粒重均显著上升(图4)，表明TaPDCD5负调控小麦籽粒大小的功能具有良好的遗传背景稳定性。
图4 在西农511背景中敲除TaPDCD5促进籽粒增大
作者和基金项目
西北农林科技大学博士研究生王光一为该文第一作者，西北农林科技大学农学院小麦远缘杂交与染色体工程育种团队吉万全教授和李停栋教授为共同通信作者。该研究得到国家重点农业科技项目(NK2022060501和NK2022060503)的资助。
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