中科院遗传发育所张爱民组在小麦籽粒淀粉合成调控上取得进展

淀粉是小麦籽粒的重要组分。提高籽粒的淀粉含量是小麦高产育种的重要手段之一。人们在谷类作物中共鉴定得到了28个淀粉合成相关基因。寻找并利用这些基因的优良等位变异是目前人们提高谷类作物籽粒淀粉含量的主要方法。鉴定淀粉合成相关基因的上游激活因子无疑是提高籽粒淀粉含量的另一个途径。到目前为止，人们仅在谷类作物中鉴定了少数几个淀粉合成激活因子。在小麦中，鲜有淀粉合成激活因子的报道。

        乌拉尔图小麦是普通小麦的A基因组供体，其基因和普通小麦中的同源基因具有非常高的功能相似性。籽粒中，淀粉主要在胚乳中合成。在胚乳中特异表达的转录因子更有可能参与了淀粉的合成调控。我们课题组所在的植物细胞与染色体工程国家重点实验室一直致力于乌拉尔图小麦的全基因组测序。我们在乌拉尔图小麦的全基因组中共预测得到了1238个转录因子。通过转录组分析，我们鉴定了一批在乌拉尔图小麦灌浆期胚乳特异表达的转录因子。在中科院遗传发育所高彩霞老师的帮助下，我们对这些转录因子进行了遗传转化。在TubZIP28的过表达株系中，籽粒总淀粉含量增加了约4% (图1a)，千粒重增加了约5% (图1b)，单株产量增加了约9% (图1c)。我们进而敲除了TubZIP28在普通小麦中的同源基因TabZIP28。敲除系的籽粒总淀粉含量下降了约4%。

        进一步的研究表明，TubZIP28和TabZIP28结合在胞质型的腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因 （Cytosolic AGPase）的启动子区，并提高胞质型AGPase在胚乳中的转录水平和酶活性。值得注意的是，TubZIP28和TabZIP28对其他淀粉合成相关基因的转录和酶活性没有影响。

        在谷类作物的籽粒中，淀粉和储藏蛋白是一对矛盾体。在TubZIP28和TabZIP28的转基因株系中，籽粒的蛋白含量却没有变化。实验结果也显示TubZIP28和TabZIP28不调控储藏蛋白基因。在TubZIP28和TabZIP28的转基因株系中，株高、单株穗数和小穗数等其他重要农艺性状都没有变化(图1d)。综上所述，TubZIP28和TabZIP28是小麦淀粉合成的激活因子。它们提高籽粒淀粉含量和产量，但对其他的农艺性状没有明显的不良影响。

         这项工作近期发表在New Phytologist杂志。题目为“TubZIP28, a novel bZIP family transcriptionfactor from Triticum urartu and TabZIP28, its homolog from Triticum aestivum enhance starchsynthesis in wheat”（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31955424）。该研究是在中科院遗传发育所张爱民研究员和北京科技大学刘冬成教授的指导下，由河南农业大学的宋艳红和中科院遗传发育所的罗光彬以及申莉莎共同完成。该研究得到了国家重大专项、国家自然科学基金和国家转基因专项的支持。

最后，感谢大家对我们课题组的支持和帮助！祝大家新的一年,成果多多,喜事连连,幸福满满！