中国农科院作科所毛龙团队揭示TaPRR95调控小麦株高和抽穗期

小麦是重要的粮食作物之一，株高和抽穗期是影响小麦产量的重要农艺性状。节间长度和数目影响株高，合理的节间配置有利于提高光合效率和增强抗倒伏性。株高受多个因素调控，如赤霉素、生长素和油菜素内酯等植物激素生物合成或信号转导，生物钟也参与株高的调控。伪应答调节基因(Pseudo-Response Regulator, PRR) 作为生物钟重要组分，影响植物光周期开花、抗逆性以及生物量的积累，在植物生长发育过程中发挥重要作用。目前小麦中只有少数PRR基因的功能被解析，其它PRR基因的功能及分子机制还有待研究。

近日，Journal of Genetics and Genomics在线发表中国农业科学院作物科学研究所毛龙研究员团队题为“Genome-editing of a circadian clock gene TaPRR95 facilitates wheat peduncle growth and heading date”的研究论文，通过解析伪应答调节基因 TaPRR95的遗传效应和作用机制，揭示了其调控小麦抽穗期和株高的功能。

PRR基因是生物钟系统组成部分，在作物抽穗期和株高调控中发挥重要作用。该研究通过全基因组关联分析鉴定到一个小麦中功能未知且与株高显著关联的 TaPRR95基因。 TaPRR95的CRISPR/Cas9基因编辑株系 (prr95aabbdd) 表现为株高增高和抽穗期提前。进一步研究发现， prr95aabbdd叶片中 TaCO1和 TaFT的表达上调导致抽穗期提前；同时通过特异性调控穗下茎上部光合和生长素路径相关基因的表达增加穗下茎细胞长度进而影响株高。单倍型分析发现， TaPRR95-B优异单倍型Hap2与株高降低、千粒重增加相关，并在育种过程中受到选择。

TaPRR95调控小麦株高和抽穗期的遗传分析及作用机制

A: 小麦5B染色体上株高位点TaPRR95的鉴定；B: prr95基因编辑株系的株高均高于野生型Fielder；C: prr95基因编辑株系的穗下茎长度均高于野生型Fielder，而其它节间长度没有显著差异；D: TaPRR95-B单倍型与农艺性状的相关性分析。Hap2的每穗粒数、粒长、粒宽、粒厚及千粒重显著高于Hap1，株高则显著低于Hap1和Hap3；E: TaPRR95调控小麦株高和抽穗期的工作模型。

综上所述，该研究揭示了TaPRR95调控小麦株高和抽穗期，在叶片中负调控开花激活基因，在穗下茎上部负调控光合和生长素信号基因。该研究为理解小麦PRR基因家族的作用机制提供了理论依据，为小麦育种提供新的遗传资源。

作者简介

中国农业科学院作物科学研究所付明雪博士生、刘少帅助理研究员和车育青博士生为该论文共同第一作者，毛龙研究员，李爱丽研究员和耿帅锋副研究员为共同通讯作者。相关工作得到科技创新项目、国家自然科学基金委和中国农业科学院科技创新工程等项目资助。