2025年8月23日，中国农业大学小麦研究中心刘杰课题组在Plant Communications上在线发表了题为“Unlocking tillering repression through TEOSINTE BRANCHED-B1 mutagenesis enhances wheat grain yield”的研究论文。

      在实验室条件下冷胁迫处理，种子在九圃植物培养箱中进行种子萌发后，先在土壤中生长一周，设定条件为光照周期16小时/24°C、黑暗周期8小时/16°C。

该研究通过在分蘖抑制基因TEOSINTE BRANCHED-B1的编码区引入单碱基突变，显著提高了重穗型小麦品种的单位面积穗数，使群体产量提升8%以上，为小麦高产分子育种提供了新路径和重要的育种中间材料。

文献引用的九圃产品——九圃植物培养箱BPC500H

*文章正文(补充材料无效)中需注明正确的产品名称,型号，并采用标准公司名称:福建九圃生物科技有限公司Fujian Jiupo Biotechnology Co.,Ltd

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2025.101491

      利用田间采集的NIL-Heng和NIL-Shi分蘖芽进行染色质可及性和组蛋白修饰分析，证明NIL-Heng中TB-B1区域的ATAC-seq信号增强，H3K27ac（与基因激活相关）水平显著升高，而H3K27me3（与基因沉默相关）水平则显著降低（图1G）。这些发现表明，r-e-z缺失增加了该染色质区域的可及性，并在TB-B1位点建立了一个活跃的染色质状态，导致其转录激活。

图1 r-e-z大片段缺失改变染色质状态并导致相邻TB-B1基因转录的异位激活

图2 TB-B1基因上游调控转录因子的鉴定

       为鉴定在春化条件下特异性激活TB-B1的上游调控因子，我们使用PlantTFDB数据库（https://planttfdb.gao-lab.org），在TB-B1启动子中鉴定到一个特异性存在的NAC（NAM, ATAF1/2, CUC1/2）结合位点，位于起始密码子上游-1171至-1145处，该位点在TB-A1和TB-D1启动子中未鉴定到（图2A）。基于小麦NAC家族成员系统发育分析，鉴定到8个候选NAC转录因子（NAC058-D、NAC047-D、NAC074-A、NAC086-D、NAC025-A、NAC042-B、NAC090-B和NAC007-B）。酵母单杂交（Y1H）和EMSA实验均证实，NAC047-D等转录因子可以结合在TB-B1启动子区并激活其转录（图2B-E）。这些结果表明，NAC047等转录因子作为冷敏感型上游调控元件，在春化条件下特异性激活TB-B1的表达。转录组分析进一步鉴定出1803个差异表达基因（图2F-I）。

图 3 TB-B1基因突变显著提升r-e-z单倍型小麦的分蘖数和单株产量

      鉴于TB-B1激活会减少r-e-z单倍型小麦分蘖数并降低其产量潜力，我们在NIL-Heng背景中进行了大规模EMS诱变，以筛选TB-B1功能改变的突变体材料。我们共鉴定到三个独立的突变体系：（1）m804在433位发生C到T的单核苷酸突变，导致Leu-145-Phe氨基酸替换；（2）m1347在755位发生G到T的单核苷酸突变，导致Arg-252-Met氨基酸替换；（3）m2294在811位发生G到A的单核苷酸突变，导致Ala-271-Thr氨基酸替换。与NIL-Heng相比，这些品系的分蘖数均显著增加，且其他农艺和产量相关性状（如每穗小穗数、千粒重和单穗粒重）均表现较好（图3）。这些突变体的单株籽粒产量分别比NIL-Heng提高了18.59%、18.73%和17.69%（图3）。

      在标准田间小区条件下对两个突变系m1347和m2294的田间产量性状进行评估（图4A），单位面积有效穗数较NIL-Heng提高了9.01%和12.02%（图4B，C）。在群体水平上，这些品系的小区籽粒产量比NIL-Heng提高2.54-8.61%（图4D），表明TB-B1变异可显著提高r-e-z单倍型的产量提升潜力。

图4 标准田间小区条件下m1347和m2294突变体系的产量性状表现

      综上所述，该研究表明r-e-z单倍型缺失通过诱导邻近TB-B1基因的异位激活来负向调控分蘖数，这一激活由大片段缺失引起的局部染色质状态改变。通过将错义突变引入TB-B1，破坏了其功能，显著提高了蘗数和作物产量。因此，r-e-z单倍型缺失与功能丧失的TB-B1等位基因共引入小麦品种中，可能提升r-e-z的产量潜力，为高产小麦品种的育种提供有前景的策略。

图5 基于r-e-z单倍型和TB-B1基因突变的小麦高产分子育种策略

作者简介

本研究在中国农业大学小麦研究中心孙其信院士和倪中福教授的悉心指导下完成。小麦研究中心刘杰教授为该论文的通讯作者，博士研究生刘香晴、博士后宋龙、中国农业科学院程溪柳副研究员为该论文共同第一作者。小麦研究中心博士后王浩然、博士研究生王译卿，新疆农业科学院马艳明研究员，河南科技学院李景辉副教授中国农业科学院路则府研究员、裴洪翠博士，山西农业大学杨斌副研究员、张明义研究员，以及法国巴黎萨克雷大学Moussa Benhamed教授和博士研究生王庆毅共同参与了研究工作。本研究得到了国家自然科学基金（32401861，32372120）、生物育种–国家科技重大专项（2023ZD0402402）、国家重点研发计划（2022YFF1003401）和中国农业大学2115人才工程的资助。

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