科学家利用基因编辑技术，提高小麦应对气候威胁的能力

约翰英纳斯中心（John Innes Centre）的研究人员发现了一个对种子生产有深远影响的基因。基因编辑技术有助于识别和解释小麦中的关键基因ZIP4，它负责维持这种全球作物50%的产量。

这一发现，为利用该基因的新型突变体培育高产的精英小麦品种，提供了一个崭新机会，同时也有望引入至关重要的特性，如耐热性和抗病性。

研究小组利用小麦研究技术的最新发展来解释60多年来一直困扰着科学家的遗传要素。

研究描述了一个基因ZIP4及其表型的鉴定。研究人员表示，现在可以致力于确定该基因的变体，这些变体可以使小麦产量对气候变化产生弹性的作用。开发能抵御气候变化的小麦将有助于确保25亿人所依赖的作物产量。

许多植物物种，包括大多数开花植物都是多倍体，这意味着它们有多个基因组。多倍体小麦的基因组，是由大约1万年前中东地区的野生草类杂交受精而演变而来的。在这个被称为多倍体化的过程中，生育能力通过一些机制得以保存，这些机制在减数分裂过程中控制这些多基因组的行为，即细胞内的有性繁殖阶段。

在小麦多倍体化过程中，主要的减数分裂基因ZIP4从3号染色体复制到5B染色体。

研究人员使用CRISPR-Cas9基因组编辑技术创造了一种突变体植物，其中ZIP4 5B基因被删除，导致其两种功能的丧失（即促进染色体的忠实配对、以及抑制相关染色体之间的交叉感染的功能）。这种突变产生的谷物减少了50%，证实了ZIP4 5B在小麦生育中的关键作用。

接下来，研究人员产生了一种新“功能分离”的ZIP4 5B突变体植物，它失去了抑制杂交的表型，但仍保留了促进正确配对的能力。研究发现，分离功能的ZIP4 5B突变体小麦，可以“促进正确配对”表型，保持了染色体的稳定性和谷物数量的保存。在保留其他功能的情况下，失去交叉抑制的表型并没有降低小麦的生育能力。

研究表明，现在应该将新的突变体用于小麦育种，以保持产量，并且由于它没有抑制功能，可以增加将理想的野生近缘染色体片段成功引入小麦的机会。研究中描述的功能突变体的分离，将导致育种中更成功的引入。

题为A separation-of-function ZIP4 wheat mutant allows crossover between related chromosomes and is meiotically stable的相关研究论文发表在《科学报告》上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文：

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