近日，西北農林科技大學農學院非生物脅迫耐受機理團隊在《植物細胞》發表研究論文。該研究首次在群體水平揭示了綠色革命基因Rht-D1b的“隱藏優勢”——在降低小麥株高的同時，顯著增大苗期根系，為小麥抗逆育種和產量提升提供了全新思路。
20世紀60年代綠色革命以來，半矮化基因Rht-B1b（Rht1）和Rht-D1b（Rht2）因其能顯著降低小麥株高、增強抗倒伏能力，被廣泛應用于全球小麥育種，目前已存在于全球超過70%的商業小麥品種中。長期以來，研究焦點集中在兩者對地上部分的改良效應；而作為小麥吸收水分和養分“生命線”的根系，其是否受綠色革命基因調控、調控機制如何，始終缺乏系統解析與明確結論。
研究團隊收集了來自全球的406份小麥核心種質資源，涵蓋農家種、歷史品種、現代栽培種和育種材料，構建了大規模的根系表型-轉錄組-基因型數據庫。通過對苗期根系的系統鑒定，發現現代栽培種的根系表面積、體積和直徑顯著大于農家種。后續通過整合栽培種與農家種間差異表達基因鑒定、全轉錄組關聯分析（TWAS）、全基因組關聯分析（GWAS）、基因表達量GWAS分析（eQTL）和育種選擇效應分析，鑒定出Rht-D1b是驅動栽培種與農家種根系差異的核心因子，其通過增加根系分生區大小和成熟區細胞的長度與寬度，顯著增大小麥苗期根系。
Rht-D1和Rht-B1為同源基因，均編碼赤霉素信號途徑關鍵負調控因子DELLA蛋白，且Rht-D1b與Rht-B1b均在兩基因中相似位置引入提前終止突變，兩者對株高的調控功能也高度相似。但GWAS分析顯示，Rht-B1b與任何根系性狀均無顯著關聯，近等基因系、遺傳分離群體和轉基因實驗進一步驗證了這一結果，證實兩者在根系發育調控中存在顯著功能分化。
該研究證實了綠色革命基因的“地下優勢”——Rht-D1b通過“地上矮化+地下增根”的協同作用，顯著提高小麥根冠比。這一發現從全新維度揭示了Rht-D1b的育種價值，不僅完善了綠色革命基因的功能網絡，也為小麥根系遺傳改良和高產穩產新品種培育提供了新策略。
機制示意圖。西北農林科技大學供圖相關論文信息：https://doi.org/10.1093/plcell/koaf267
本文鏈接：小麥育種新發現：關鍵基因讓小麥扎根更深http://m.sq15.cn/show-11-28582-0.html
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