JEB | 中国农业大学张英华教授团队揭示调节小麦不同小穗部位育性差异的重要机制

小麦（Triticum aestivum）是世界上最重要的农作物之一，为满足人们日益增长的粮食需求，提高小麦产量是当前亟待解决的问题。每穗粒数是小麦产量的主要构成因素之一，而每穗粒数与开花期每小穗可育小花数有关。因此，增加每穗可育小花的数量对提高粮食产量至关重要。在小麦穗中，中央小穗通常产生3-4个可育的小花，而基部小穗往往很难达到，对于造成这种育性差异的潜在生理和转录机制目前尚不清楚。

2023年12月9日，Journal of Experimental Botany在线发表了中国农业大学农学院作物生理与栽培学系张英华教授团队题为“Low sucrose availability reduces basal spikelet fertility by inducing ABA and JA synthesis in wheat”的研究论文，报道了小麦小穗育性（可育小花数量）的降低是由蔗糖可利用性制约所导致的ABA和JA快速积累引起的。

为深入了解小麦中央小穗和基部小穗的育性差异，本研究结合小穗内小花原基的数量和形态进行了时空RNA测序分析，以全面准确地揭示小穗育性的生理调控机制。在小花分化的W6.5-W7.5阶段被视为区分小花原基育性和败育的边界域；在分化期（末端小穗分化形成后3-9天）达到W6.5-7.5阶段的小花原基通常在下一个二态性期（末端小穗分化形成后12-27天）发育成可育的小花，而其他原基则显示败育。中央小穗的可育小花数远多于基部小穗，这与达到W6.5-7.5阶段的小花原基数密切相关。生理学和转录组数据表明，中央小穗的蔗糖含量高于基部小穗，并且由于参与脱落酸（ABA）和茉莉酸（JA）合成基因的下调，中央小穗ABA和JA的积累量较低。综上，该研究提出在限制蔗糖可利用性（基部小穗）的情况下，通过上调参与ABA和JA合成基因的表达来诱导激素的积累，引发基部小穗中的小花原基在分化期很难达到育性能力（W6.5-7.5阶段），从而导致败育。

图1. 基部小穗（A）和中央小穗（B）在末端小穗分化形成后3-27天的小花原基形态发育

图2. 小麦基部小穗相比中央小穗败育的调控模块

中国农业大学农学院博士生孙婉为本文第一作者，张英华教授、张震博士为该论文通讯作者，中国农业大学王志敏教授、孙振才副教授等参与了该项工作。本研究得到了河北省耐盐碱作物种业科技创新团队项目（23327501D）、国家现代农业产业技术体系建设专项（CARS-3）和国家自然科学基金（31871563）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1093/jxb/erad484

图文来源： 植物生物学研究公众号

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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