對于主要作物，每穗粒數(shù)是決定產(chǎn)量的三要素之一。小麥穗通過一次分枝形成小穗，小穗上再形成小花并進(jìn)而發(fā)育為麥粒。適度增加小穗數(shù)是提高產(chǎn)量的重要途徑。7月7日，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所焦雨鈴研究組在Nature Plants上，發(fā)表了題為Improving bread wheat yield through modulating an unselected AP2/ERF gene的研究論文，報(bào)道了一個全新的提升小穗數(shù)的新基因DUO-B1。Nature Plants同期刊發(fā)了介紹該成果的研究簡報(bào)（Gain in grain yield in wheat with extra spikelets）。

 

　　該研究在二穗短柄草中發(fā)現(xiàn)了一個穗多分枝的突變體，并分離到對應(yīng)的基因BdDUO1。該基因編碼一個ERF類轉(zhuǎn)錄因子。該基因的擬南芥同源基因突變后，莖生葉分枝數(shù)有微弱提升。而該基因在普通小麥B基因組中的同源基因DUO-B1表達(dá)在群體中與穗粒數(shù)負(fù)相關(guān)，提示參與穗發(fā)育調(diào)控。對DUO-B1敲除后，研究發(fā)現(xiàn)突變體具有多小穗的表型，且其他農(nóng)藝性狀無明顯改變。突變體中穗中部在一個穗節(jié)處形成多個小穗，從而提升了穗粒數(shù)。

 

　　該突變體的多年多條件種植結(jié)果顯示，在中等密度的田間種植條件下duo-B1突變體穗粒數(shù)提升并可增產(chǎn)~10%。在密植條件下雖穗粒數(shù)提升，但被千粒重的降低所抵消，突變體無明顯產(chǎn)量提升。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，突變體中穗原基中細(xì)胞分裂增加，并發(fā)現(xiàn)DUO-B1作為轉(zhuǎn)錄因子激活了已知穗分枝抑制基因WFZP的表達(dá)。分析發(fā)現(xiàn)，DUO-B1位點(diǎn)無明顯的選擇信號，說明是尚未被充分利用的新位點(diǎn)。

 

　　該研究發(fā)現(xiàn)了一個能夠通過增加小穗數(shù)提升產(chǎn)量的新基因，對于剖析小麥產(chǎn)量性狀形成的機(jī)制具有重要意義，并為小麥高產(chǎn)育種提供了重要的基因資源。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和植物基因組學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所、河北師范大學(xué)與中科院植物研究所的科研人員亦對本研究中做出了重要貢獻(xiàn)。