通过EMS诱变诱导小麦BRI1基因变异培育紧凑型植株

推荐 为解决小麦种植密度增加导致的倒伏和光照利用效率低等问题，英国洛桑研究所等机构研究人员利用EMS诱变和正向遗传学筛选，获得了BRI1基因功能减弱或丧失的小麦突变体。结果显示，这些突变体具有更直立的叶片角度和半矮化特性，有助于提高高密度种植条件下的产量潜力。该研究为小麦遗传改良提供了新的基因资源，对作物育种具有重要意义。

　　

论文解读
在农业生产中，小麦作为全球重要的粮食作物，其种植密度的增加往往导致植株倒伏和光照利用效率下降，从而影响产量。为解决这一问题，英国洛桑研究所、诺丁汉大学和捷克帕拉茨基大学的研究人员联合开展了相关研究。他们利用乙基甲磺酸酯（EMS）诱变技术结合正向遗传学筛选方法，对小麦（Triticum aestivum L.）的BRI1基因进行功能研究，成功培育出具有紧凑型生长特性的小麦突变体。该研究成果发表在《BMC Plant Biology》期刊上，为小麦遗传改良提供了新的基因资源，对提高作物产量和适应性具有重要意义。

研究人员主要采用了两种关键技术方法：一是利用EMS诱变技术对小麦Cadenza品种进行诱变处理，通过TILLING（Targeting Induced Local Lesions IN Genomes）技术筛选出BRI1基因突变体；二是运用正向遗传学筛选方法，从双突变体中进一步筛选出具有优良性状的突变体，并通过基因测序和功能验证确定突变位点。此外，研究还结合了表型分析、激素测定和RNA测序等技术手段，全面解析了BRI1基因在小麦生长发育中的功能。

研究发现，BRI1基因在小麦中具有高度的功能冗余性，单个或两个BRI1同源基因的功能丧失不会显著影响植株高度和籽粒大小，但能显著降低叶片角度，使植株呈现更直立的生长形态。具体而言，研究人员通过EMS诱变技术在Cadenza品种中筛选出三个BRI1同源基因（TaBRI1-A1、TaBRI1-B1和TaBRI1-D1）的突变体，并通过回交和自交获得了一系列单突变体、双突变体和三突变体。表型分析显示，三突变体植株表现出严重的矮化和畸形叶片，而双突变体和部分单突变体则表现出更直立的叶片角度，且植株高度和籽粒大小无明显变化。

进一步的研究表明，BRI1基因的突变导致小麦对内源油菜素内酯（BRs）的敏感性降低。通过UPLC-ESI-MS/MS技术测定发现，三突变体植株中生物活性BRs及其前体物质的含量显著增加，同时BR生物合成相关基因（如DWF4、CPD和BR6OX1）的表达水平显著上调。此外，RNA测序分析显示，BRI1基因功能丧失导致小麦基因表达谱发生显著变化，特别是与碳水化合物代谢相关的基因表达水平显著改变。

研究结论指出，通过精准调控BRI1基因的功能，可以培育出具有紧凑型生长特性的小麦品种，这种植株在高密度种植条件下表现出更好的光照利用效率和抗倒伏能力，从而有助于提高产量。尽管部分突变体表现出籽粒大小和生殖发育的负面影响，但研究结果为小麦遗传改良提供了新的思路和基因资源。通过进一步筛选和优化BRI1基因突变体，有望培育出更适应高密度种植条件的小麦新品种，为全球粮食安全做出贡献。

该研究不仅加深了对BRI1基因在小麦生长发育中功能的理解，还为作物育种提供了新的基因靶点和遗传资源。通过结合传统育种技术和现代基因编辑技术，研究人员可以进一步优化BRI1基因的功能，开发出更具适应性和高产潜力的小麦新品种。这一研究成果为全球小麦生产提供了重要的理论基础和技术支持，具有广阔的应用前景和研究价值。