利用CRISPR/Cas9技术研究小麦TaGW2基因功能

　　

小麦是全球最重要的粮食作物之一，是世界上40%人口的主要食物，提高小麦产量和品质对保障粮食安全和人体健康具有重要意义。谷类作物中GW2基因是影响籽粒粒重的一个关键遗传因子，该基因在六倍体普通小麦中有3个亚基因组拷贝，即TaGW2-A1, TaGW2-B1和TaGW2-D1。已有的研究表明TaGW2-A1负调控小麦籽粒的大小及产量，但TaGW2-B1和TaGW2-D1对小麦粒重遗传控制的贡献还不清楚。

中国科学院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组与王道文研究组合作，利用CRISPR/Cas9技术获得了缺少TaGW2基因一个拷贝（B1或D1）、两个拷贝（B1和D1）以及三个拷贝（A1, B1和D1）的突变体，通过分析这些突变体，揭示了TaGW2-B1及-D1对小麦粒重以及蛋白品质性状的控制作用。

研究表明，TaGW2-B1和-D1负调控小麦籽粒的宽度、长度、千粒重及平均单株产量，TaGW2-B1的作用效果强于TaGW2-D1，而且TaGW2基因的各拷贝之间存在功能上的相互作用。进一步研究表明TaGW2-B1和-D1均能通过调节发育种子中外果皮的细胞数目和长度来调控小麦籽粒的大小。

研究人员对突变体籽粒的蛋白质含量进行测定，发现TaGW2突变体的籽粒蛋白质含量明显增加，相较于野生型对照，突变体的面粉蛋白质含量以及面筋强度也显著增加。综合考虑来自多个环境的数据以及性状变化程度，推测TaGW2-B1的缺失在协同改良小麦粒重和蛋白品质方面具有较好的育种利用价值。

这些结果显示基因编辑突变体在解析普通小麦基因功能与互作中具有重要利用价值，所获得信息改善了对TaGW2的认识，对利用该基因改良小麦产量和品质性状具有指导意义和实用价值。

这项研究成果于2018年3月23日在线发表于The Plant Journal杂志（DOI：10.1111/tpj.13903）。高彩霞研究组博士生张毅及王道文研究组博士生李达为论文的共同第一作者。该研究得到了十三五国家重点研发计划项目以及国家转基因科技项目的资助。

原文标题：

 Analysis of the functions of TaGW2 homoeologs in wheat grain weight and protein content traits