科研進展
西北高原所在小麥早熟矮桿育種研究中取得新進展
普通小麥（Triticum aestivum L.）是全球核心口糧作物，抽穗期、株型、籽粒性狀直接影響小麥產(chǎn)量與區(qū)域適配性。異源三聚體G蛋白的Gα亞基調(diào)控作物生長發(fā)育已在水稻、玉米等二倍體作物得到驗證，而在六倍體小麥中的功能尚不明晰。
中國科學院西北高原生物研究所高原作物種質(zhì)資源創(chuàng)新與利用研究團隊選用春小麥品種‘Fielder’為對象，通過CRISPR/Cas9編輯功能性同源基因TaGα-7A、TaGα-7D，創(chuàng)制單拷貝、雙拷貝突變編輯系，系統(tǒng)揭示TaGα劑量依賴性調(diào)控小麥抽穗期與器官發(fā)育的分子機制。表型鑒定明確TaGα存在劑量調(diào)控效應：單突編輯系可提前6-8天抽穗，株高、葉片、籽粒等農(nóng)藝性狀與野生型無明顯變化；雙突編輯系雖同樣早熟，但株高降32.14%，葉片、籽?？v向顯著縮短，千粒重下降26.42%。組織細胞學分析證實，雙突編輯系器官變短源于細胞增殖數(shù)量降低，而非細胞形態(tài)縮小。轉(zhuǎn)錄組解析區(qū)分兩條獨立調(diào)控通路：所有編輯系開花促進基因VRN3、CO、AP1/FUL上調(diào)，開花抑制基因LUX、AGL18下調(diào)，共同驅(qū)動提早抽穗；僅雙突編輯系出現(xiàn)微管、驅(qū)動蛋白、纖維素合成相關基因紊亂，阻礙細胞分裂，導致器官變短。進一步研究發(fā)現(xiàn)TaGα與谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶GST互作，GST表達與酶活性顯著降低，還原型谷胱甘肽GSH積累峰值提前7天，且峰值時間與抽穗期高度吻合，明確TaGα依靠GST-GSH氧化還原通路調(diào)控小麥開花轉(zhuǎn)換。本研究揭示了多倍體小麥G蛋白劑量調(diào)控新模式，為小麥早熟、矮桿遺傳改良提供理論支撐與基因編輯種質(zhì)。
論文以TaGα knockout in wheat causes early heading and short organ length, with dose?dependent effects through various pathways為題發(fā)表在Theoretical and Applied Genetics。西北高原所李云副研究員為第一作者，劉寶龍研究員、曹東副研究員為共同通訊作者。本研究獲青海省科技廳項目（2025-ZJ-947M）資助，依托中科院高原生物適應與進化重點實驗室、青海省作物分子育種重點實驗室完成。
圖1：論文摘要圖
圖2：編輯系的表型鑒定
