JGG｜中国科学院遗传发育所童依平/王延鹏团队发现兼具提高小麦氮利用效率和籽粒产量的优良单倍型TaGS1.1-6A

氮肥施用可显著提高小麦产量与加工品质，但大量施用不仅增加农业生产成本，也加剧了环境污染风险。因此，挖掘能够协同提高小麦氮利用效率和产量的优异基因资源，对于培育小麦氮高效新品种具有重要意义。尽管已有研究成功克隆了多个调控小麦氮利用的基因，但兼具提高小麦氮利用效率和产量的优良等位变异鲜有报道。

近日，Journal of Genetics and Genomics在线发表中国科学院遗传与发育生物学研究所童依平研究员和王延鹏研究员团队题为“

An elite haplotype of the glutamine synthetase gene

TaGS1.1-6A

is associated with increased nitrogen use- and yield-related traits in wheat

TaGS1.1-6A

该研究通过对小麦5套双亲遗传群体的氮利用效率和产量性状进行meta-QTL分析，克隆到TaGS1.1-6A基因，序列分析发现其启动子区存在一处由微型反向重复转座元件(miniature inverted-repeat transposable element, MITE)插入引起的序列变异。该MITE插入导致邻近区域DNA发生高甲基化，进而抑制TaGS1.1-6A的转录。不含该MITE插入的单倍型TaGS1.1-6AHapII表达量高，可显著提高叶片光合氮利用效率和氮利用效率，增加穗粒数及籽粒产量，在小麦育种过程中受到正向选择。相反，通过CRISPR/Cas9技术介导的TaGS1.1基因敲除植株则表现出上述氮利用效率、穗粒数及籽粒产量的降低。此外，该研究通过聚合TaGS1.1-6AHapII单倍型与具有延缓叶片衰老功能的TaNAM-A1d优异单倍型，提出了一套可在不同供氮条件下提高小麦籽粒产量的育种策略。该育种策略利用TaNAM-A1d延长叶片功能期，充分发挥TaGS1.1-6AHapII增加叶片光合氮利用效率的优势，为更多籽粒的灌浆提供光合产物，从而实现氮利用效率与产量协同提升。

通过聚合TaGS1.1-6AHapII与TaNAM-A1d设计氮高效高产小麦新品种的模式图

综上所述，该研究发现TaGS1.1-6A基因参与调控小麦氮利用及产量相关性状，且TaGS1.1-6AHapII单倍型对培育氮利用效率和籽粒产量协同提升的小麦新品种具有重要应用价值。

作者简介

中国科学院遗传与发育生物学研究所王亚州博士和滕婉副研究员为该论文共同第一作者，滕婉副研究员为通讯作者。相关工作得到国家重点研发项目、国家自然科学基金等项目资助。