中国农业科学院作科所揭示小麦重要矮秆基因Rht8调控株高的分子机制

　　近日，中国农业科学院作物科学研究所小麦育种新技术及应用创新团队成功克隆了小麦育种上广泛利用的重要矮秆基因Rht8，并揭示了其调控株高的机制。相关研究成果于1月19日在《分子植物（Molecular Plant）》杂志在线发表。

 

　　据刘录祥研究员介绍，在20世纪60年代和70年代，小麦矮秆基因Rht-B1b和Rht-D1b的利用显著提高了抗倒伏能力和收获指数，从而大幅度提高了粮食产量，引发著名的“绿色革命”。然而，Rht-B1b和Rht-D1b为赤霉素不敏感型，造成胚芽鞘变短，影响种子顶土出芽能力和幼苗活力等，限制了其进一步育种利用。小麦赤霉素敏感型矮秆基因Rht8自上世纪30年代由日本赤小麦引入，在欧洲南部和中部地区被广泛利用。携带Rht8矮秆基因的小麦苗期胚芽鞘较长且生长活力较高，适用于高温干燥环境生长，因而有效弥补了绿色革命矮秆基因源的不足。尽管国际上已有关于Rht8基因定位的报道，但由于小麦基因组的复杂性，Rht8基因的克隆一直是个难题。

 

　　该团队通过千粒重、穗粒数等产量相关指标鉴定，从小麦突变体库中筛选到2个优异矮秆突变体Rht8-2和Rht8-3，并通过2个大群体的基因型和表型分析，以及结合基因组测序，定位到导致突变体株高降低的关键基因。基因克隆和测序分析发现该基因在两个突变体中分别产生移码和提前终止突变，最终导致蛋白编码不完整。基因编辑突变该基因进一步验证了其调节株高的作用。赤霉素喷施、含量测定及表达分析等揭示了Rht8通过调节赤霉素合成相关基因，影响不同活性赤霉素含量比例而降低株高。同时，研究还揭示了Rht8在中国小麦品种中尤其是黄淮麦区品种中的分布频率较高，并且Rht8矮秆基因型进化于小麦六倍体化之后。本研究克隆的Rht8矮秆基因不仅为小麦株高调控的机制研究提供新思路，而且有助于Rht8基因的育种精准利用，为培育适宜株高的小麦新品种奠定了重要理论基础。

　　作科所熊宏春副研究员、在读博士生周春云和在读硕士生付美玉为该论文的共同第一作者，作科所刘录祥研究员为该论文的通讯作者。在该团队独立开展Rht8基因克隆的同时，中国农业大学倪中福教授团队利用自然变异材料也得到了与本研究相似的结论。研究成果以背靠背形式在该杂志同期发表。该研究得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目和中国农科院科技创新工程等项目的资助。