小麦是全球最重要的粮食作物之一，为人类提供约20%的口粮。不断改良小麦株型，持续提升小麦群体产量的稳定性，对于确保小麦粮食供给和保障全球粮食安全至关重要。自20世纪60年代以来，小麦株型改良主要以半矮化为主，即在育种中广泛利用绿色革命矮秆基因Reduced height (Rht)-B1b和Rht-D1b。然而，单一矮秆基因的大范围应用造成全球栽培小麦品种的株型结构趋于一致，多样性降低。因此，挖掘新的小麦矮秆基因，拓宽和丰富现有矮秆基因资源库，是培育不同株型结构高产小麦新品种的重要途径。
2023年9月12日，Journal of Genetics and Genomics在线发表中国农业大学小麦研究中心题为“TaACTIN7-D regulates plant height and grain shape in bread wheat”的研究论文。该研究克隆了一个新的小麦株高调控基因TaACTIN7-D。该基因突变后，可使小麦的株高降低，同时籽粒变圆，是小麦株型与粒型协同改良的可选基因资源。
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该研究以冬小麦品种长6878 (Chang 6878)为遗传背景，通过EMS诱变获得一个矮秆圆粒的突变体，命名为mu-597。通过构建分离群体和基因图位克隆，发现在mu-597突变体中肌动蛋白编码基因TaACT7-D发生了一个由“G”到“A”的碱基突变，导致其编码的TaACT7蛋白第65位氨基酸由甘氨酸(Gly)突变为丝氨酸(Ser)。突变类型的TaACT7-DG65S虽然能够与正常功能的TaACT7发生相互作用，但其形成多聚体的能力显著降低。因此推测，突变类型TaACT7-DG65S的积累干扰了小麦细胞中单体肌动蛋白(G-actin)向聚集态丝状肌动蛋白(F-actin)的动态转变，从而使小麦的细胞骨架重塑发生异常，表现出植株矮化和籽粒变圆的表型。进一步研究发现，mu-597突变体对油菜素内酯、赤霉素、生长素等多种植物激素均不敏感，暗示TaACT7位于这些激素信号下游，是这几种激素应答的关键节点基因。
以Chang 6878为遗传背景获得的小麦矮秆突变体mu-597
A：植株形态；B：籽粒表型；C：茎秆细胞F-actin染色。
综上所述，该研究发现了一个能够同时影响株高和粒型的新基因TaACT7-D，为小麦株型和粒型协同改良提供了新的基因资源和设计思路。TaACT7蛋白如何同时影响多种植物激素的应答？这仍然是一个值得深入探讨和解决的科学问题。
作者简介
中国农业大学小麦研究中心李雄涛博士为该论文第一作者，刘杰副教授和柴岭岭副研究员为共同通讯作者。孙其信教授、倪中福教授、姚颖垠教授、宿振起教授、郭伟龙副教授对课题进行了指导和帮助。相关工作得到国家重点研发计划、海南省崖州湾种子实验室和国家自然科学基金项目资助。
来源：小麦研究联盟
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