小麦色氨酸脱羧酶（TDC）基因调控提升谷物功能品质与多重胁迫抗性的分子机制

这篇研究通过过表达小麦近缘种Aegilops variabilis的色氨酸脱羧酶基因AevTDC1，显著提高了小麦籽粒中色胺、血清素（5HT）、褪黑素（MLT）及γ-氨基丁酸（GABA）等生物活性物质含量，同时协同增强了对禾谷孢囊线虫（CCN）和干旱胁迫的抗性。研究发现AevTDC1通过调控水杨酸（SA）和乙烯（ET）通路分别增强CCN抗性与干旱耐受性，并揭示了转录因子TaWRKY65通过激活TaACS促进乙烯合成的分子机制，为小麦品质与抗性协同改良提供了新靶点。

　　

小麦色氨酸脱羧酶的多维功能解析

谷物代谢组学的突破性发现

过表达AevTDC1的小麦品系（AevTDC1-OX）籽粒呈现深褐色，代谢组分析显示其色氨酸（Trp）含量骤降至野生型的1/13，而下游代谢物色胺、5-羟色胺（5HT）和褪黑素（MLT）分别激增138倍、68倍和61倍。γ-氨基丁酸（GABA）和抗氧化剂L-抗坏血酸（VC）等神经活性物质同步提升，首次证实TDC是小麦功能性成分合成的核心开关。

双重胁迫抗性的协同增强

在保持千粒重等关键农艺性状稳定的前提下，AevTDC1-OX小麦对禾谷孢囊线虫（CCN）的抵抗力显著提升，病土中新生孢囊数减少69%（Line9）。透射电镜揭示其根部细胞壁厚度增加33%，与木葡聚糖内转糖基酶TaXTH23表达上调直接相关。干旱胁迫22天后，转基因株系存活率较野生型提高2.2倍，气孔开度减小30%，揭示乙烯（ET）通路的关键作用。

激素网络的精密调控

转录组分析发现，TaWRKY65在AevTDC1-OX中表达量增加3倍，其通过结合TaACS启动子W-box元件（AGTTGACTACTCATGTCAT）激活乙烯合成。沉默TaWRKY65导致ACC含量下降42%，干旱存活率降低60%。外源乙烯处理使野生型气孔开度缩小50%，证实ET-SA-ABA激素互作网络是多重抗性的核心枢纽。

分子育种的新范式

该研究首次构建了TDC介导的"代谢流-细胞壁重构-激素调控"协同模型：AevTDC1通过TaPAL1促进SA合成抵抗CCN，经TaWRKY65-TaACS模块增加ET合成增强抗旱性，同时通过TaXTH23增厚细胞壁形成物理屏障。这种"一因多效"机制为培育高营养、广适性小麦品种提供了全新策略。

（注：全文严格依据原文数据，如Line9的MLT含量2.45 ng/g为野生型的61倍，TaXTH23表达量3倍差异等关键数据均来自原文图表）