西北高原所在小麦早熟矮杆育种研究中取得新进展

普通小麦（Triticum aestivum L.）是全球核心口粮作物，抽穗期、株型、籽粒性状直接影响小麦产量与区域适配性。异源三聚体G蛋白的Gα亚基调控作物生长发育已在水稻、玉米等二倍体作物得到验证，而在六倍体小麦中的功能尚不明晰。

中国科学院西北高原生物研究所高原作物种质资源创新与利用研究团队选用春小麦品种‘Fielder’为对象，通过CRISPR/Cas9编辑功能性同源基因TaGα-7A、TaGα-7D，创制单拷贝、双拷贝突变编辑系，系统揭示TaGα剂量依赖性调控小麦抽穗期与器官发育的分子机制。表型鉴定明确TaGα存在剂量调控效应：单突编辑系可提前6-8天抽穗，株高、叶片、籽粒等农艺性状与野生型无明显变化；双突编辑系虽同样早熟，但株高降32.14%，叶片、籽粒纵向显著缩短，千粒重下降26.42%。组织细胞学分析证实，双突编辑系器官变短源于细胞增殖数量降低，而非细胞形态缩小。转录组解析区分两条独立调控通路：所有编辑系开花促进基因VRN3、CO、AP1/FUL上调，开花抑制基因LUX、AGL18下调，共同驱动提早抽穗；仅双突编辑系出现微管、驱动蛋白、纤维素合成相关基因紊乱，阻碍细胞分裂，导致器官变短。进一步研究发现TaGα与谷胱甘肽转移酶GST互作，GST表达与酶活性显著降低，还原型谷胱甘肽GSH积累峰值提前7天，且峰值时间与抽穗期高度吻合，明确TaGα依靠GST-GSH氧化还原通路调控小麦开花转换。本研究揭示了多倍体小麦G蛋白剂量调控新模式，为小麦早熟、矮杆遗传改良提供理论支撑与基因编辑种质。

论文以TaGα knockout in wheat causes early heading and short organ length, with dose‑dependent effects through various pathways为题发表在Theoretical and Applied Genetics。西北高原所李云副研究员为第一作者，刘宝龙研究员、曹东副研究员为共同通讯作者。本研究获青海省科技厅项目（2025-ZJ-947M）资助，依托中科院高原生物适应与进化重点实验室、青海省作物分子育种重点实验室完成。

图1：论文摘要图

图2：编辑系的表型鉴定