我国小麦育种新突破：产量提高10%的育种新位点被发现

小麦是全球分布最为广泛的粮食作物，世界上有超过40%的人口以小麦为主食。提高小麦产量，事关粮食安全。7月18日，北京大学焦雨铃教授和中国科学院遗传与发育生物学研究所的合作者一起，发现并克隆了一个提高小麦籽粒产量的关键基因DUO-B1，抑制该基因的表达可增加小穗数量，从而显著提高小麦籽粒产量。该成果发表于《Nature Plants（自然-植物）》期刊上。

大面积种植和食用的普通小麦（Triticum aestivum）是六倍体植物，基因组大小是人类基因组的5倍，且包含3套相似的染色体，一个基因在基因组中具有多个拷贝，这些拷贝在功能上高度冗余。因此，单个基因突变很难产生肉眼可见的表型。二穗短柄草（Brachypodium distachyon）是二倍体植物，基因拷贝数和冗余性大大降低，单个基因突变就可能产生表型的变化。为了获得更多新的有益等位基因，二穗短柄草被用于加速普通小麦的遗传解析。

在本研究中，研究人员从二穗短柄草的 T-DNA 插入突变体库中筛选，获得具有多小穗性状的单株；通过基因型鉴定、基因编辑和基因回补实验证明，多小穗的表型是由Bradi2g21067（命名为BdDUO1）基因功能丧失导致的。研究发现，普通小麦的BdDUO1同源基因位于 B 基因组，通过基因编辑将小麦的DUO-B1敲除后，突变体也产生了多小穗表型。进一步研究发现，DUO-B1突变激活了分生组织促进基因Wknox1的表达，并同时降低了已知穗分枝抑制基因WFZP的表达。在以北美、澳洲常用的低密度种植条件下，与野生型相比，在温室和田间种植duo-b1突变体都将总产量提高了约10%。通过泛基因组分析，该研究组发现了DUO-B1位点无明显的选择信号，表明它是一个尚未被充分利用的新位点。该基因的发现为提高小麦产量提供了优越的等位基因变异，并对解决粮食安全危机具有积极意义。