Teosinte Branched-1（TB1）无义突变增强硬粒小麦分蘖能力并提升特定环境下的谷物产量

这篇研究通过靶向诱导突变技术（TILLING）创制了硬粒小麦（Triticum turgidum）Teosinte Branched-1（TB1）基因的两种无义突变体（tb-A1-W339和tb-B1-W341），发现tb-B1-W341*单突变体在蒙大拿州半干旱环境中可增加20%分蘖数，并通过优化水分利用使谷物产量提升20%，且不影响蛋白质含量。研究揭示了TB1通过调控分蘖潜力（tillering potential）平衡穗部形态与产量的分子机制，为干旱区小麦育种提供了新策略。

　　

1 引言

小麦（Triticum spp.）作为全球主要粮食作物，其耐旱性使其成为美国北部大平原等严酷环境下的首选作物。硬粒小麦（T. turgidum subsp. durum）作为四倍体物种，其产量受分蘖能力的显著影响。Teosinte Branched-1（TB1）作为调控腋生分生组织生长的转录因子，在玉米中已被证实与分枝表型相关，但其在小麦中的功能研究较少。本研究通过乙基甲磺酸盐（EMS）诱导的TB1无义突变体，探究其对硬粒小麦分蘖、穗形态及产量的影响。

2 材料与方法

研究选用Kronos TILLING突变体库中的Kronos994（tb-A1-W339）和Kronos562（tb-B1-W341），通过回交育种构建近等基因系（NIL）。在蒙大拿州5个环境、3年田间试验中，评估了不同基因型（野生型、单突变体、双突变体）的分蘖动态、穗部性状及产量表现。采用随机区组设计，测量了成熟分蘖数、穗粒数、单粒重等参数，并通过混合模型进行统计分析。

3 结果

3.1 分蘖与产量表现

tb-B1-W341*单突变体在2022年Bozeman雨养环境中增产20.1%，其分蘖数增加17%，且穗粒数保持稳定。双突变体虽分蘖数增加20%，但穗粒数减少导致产量下降。单突变体在低播种密度（98 seeds m^?2）下产量提升13%，表明其适应低资源环境的能力。

3.2 发育动态

分蘖计数显示，tb-B1-W341*单突变体在拔节期（Zadoks 31）即表现出更高的分蘖潜力，且在水分充足条件下分蘖数接近双突变体。成熟期分蘖存活率（90%）与野生型无显著差异，表明额外分蘖多为有效分蘖。

3.3 形态特征

突变体株高降低1.5-2.8 cm，但抽穗期和成熟期未受影响。穗部性状分析显示，突变体每穗小穗数减少（14.2 vs. 14.8），但单粒重（33.5 mg）和蛋白质含量（14.1 g kg^?1）保持稳定。

4 讨论

4.1 分蘖潜力的生态适应性

tb-B1-W341*单突变体通过"部分遮荫盲性"（shade blindness）特性，在干旱环境中优先利用地下资源，而非依赖光信号抑制分蘖。这与水稻OsTB1突变体在低磷条件下的增产表现一致，暗示TB1功能降低可增强作物对非生物胁迫的适应性。

4.2 根系作用的假说

研究推测TB1可能通过调控根系分枝（root branching）影响水分获取，这与玉米中TB1高表达导致根系退化的现象形成对比。未来需通过根系表型分析验证这一假设。

5 结论

tb-B1-W341*等位基因的引入为硬粒小麦育种提供了新工具，其在半干旱环境中表现出的"弹性分蘖"特性（20%增产潜力且无产量惩罚）具有重要应用价值。研究为解析TB1介导的源-库平衡机制及抗旱育种策略提供了理论依据。