科學家利用基因編輯技術，提高小麥應對氣候威脅的能力

約翰英納斯中心（John Innes Centre）的研究人員發現了一個對種子生產有深遠影響的基因。基因編輯技術有助于識別和解釋小麥中的關鍵基因ZIP4，它負責維持這種全球作物50%的產量。

這一發現，為利用該基因的新型突變體培育高產的精英小麥品種，提供了一個嶄新機會，同時也有望引入至關重要的特性，如耐熱性和抗病性。

研究小組利用小麥研究技術的最新發展來解釋60多年來一直困擾著科學家的遺傳要素。

研究描述了一個基因ZIP4及其表型的鑒定。研究人員表示，現在可以致力于確定該基因的變體，這些變體可以使小麥產量對氣候變化產生彈性的作用。開發能抵御氣候變化的小麥將有助于確保25億人所依賴的作物產量。

許多植物物種，包括大多數開花植物都是多倍體，這意味著它們有多個基因組。多倍體小麥的基因組，是由大約1萬年前中東地區的野生草類雜交受精而演變而來的。在這個被稱為多倍體化的過程中，生育能力通過一些機制得以保存，這些機制在減數分裂過程中控制這些多基因組的行為，即細胞內的有性繁殖階段。

在小麥多倍體化過程中，主要的減數分裂基因ZIP4從3號染色體復制到5B染色體。

研究人員使用CRISPR-Cas9基因組編輯技術創造了一種突變體植物，其中ZIP4 5B基因被刪除，導致其兩種功能的喪失（即促進染色體的忠實配對、以及抑制相關染色體之間的交叉感染的功能）。這種突變產生的谷物減少了50%，證實了ZIP4 5B在小麥生育中的關鍵作用。

接下來，研究人員產生了一種新“功能分離”的ZIP4 5B突變體植物，它失去了抑制雜交的表型，但仍保留了促進正確配對的能力。研究發現，分離功能的ZIP4 5B突變體小麥，可以“促進正確配對”表型，保持了染色體的穩定性和谷物數量的保存。在保留其他功能的情況下，失去交叉抑制的表型并沒有降低小麥的生育能力。

研究表明，現在應該將新的突變體用于小麥育種，以保持產量，并且由于它沒有抑制功能，可以增加將理想的野生近緣染色體片段成功引入小麥的機會。研究中描述的功能突變體的分離，將導致育種中更成功的引入。

題為A separation-of-function ZIP4 wheat mutant allows crossover between related chromosomes and is meiotically stable的相關研究論文發表在《科學報告》上。

前瞻經濟學人APP資訊組

論文原文：

https://www.nature.com/articles/s41598-021-01379-z

標簽： 基因編輯 小麥