高温环境严重制约着小麦（TriticumAestivum L.）生产力，而耐热品种的培育可以通过鉴别高温发生时调控生理和农艺性状的基因来实现，并利用这些基因选择优良的基因型，但至今还没有关于耐热性遗传变异潜在基因的描述。2021年2月5日，Journal of Experimental Botany在线发表了澳大利亚阿德莱德大学Delphine Fleury团队题为“The wheat Seven in Absentia gene is associated with increases in biomass and yield in hot climates”的研究论文，通过将热胁迫下与小麦生理和产量成分改善相关的遗传位点qYDH.3BL精细定位到一个序列和表达变异的基因，并在世界范围内的小麦种质中鉴定和跟踪该基因，以使其今后能够广泛应用。qYDH.3BL是面包小麦3B号染色体上与干热气候下增产相关的数量性状位点（QTL），最初发现于春小麦RAC875 x Kukri DH种群，以及Drysdale x Gladius重组近交系（RIL）群体中。对这两个种群进行分析表明，相对于Kukri和Gladius该位点上的等位基因，RAC875和Drysdale等位基因增加了小麦产量。采用深土模拟平台分析RAC875 x Kukri RILs表型，结果发现RAC875等位基因对大多数产量相关性状具有显著的正向效应，如增加植株生长早期活力、株高、穗长、生物量和其他产量结构等。土壤水势和气温对qYDH.3BL影响的定量分析表明，RAC875等位基因效应与温度相关。经进一步qYDH.3BL定位克隆，将QTL精细定位到一个690kbp序列的短区域，其中包含12个推定基因。RAC875-Drysdale与Kukri-Gladius翻译序列比对显示，在该位点的12个基因编码蛋白序列中不存在非同义变异，表明功能性变异很有可能源于基因表达水平间的差异。通过对QTL间区内基因的表达模式分析，发现了唯一一个在亲本系和近等基因系（NILs）之间具有差异表达的基因TaSINA，该基因与水稻和油菜Seven in absentia (SINA)基因同源，编码E3泛素连接酶蛋白，通过与E1泛素激活酶和E2泛素结合酶形成复合物，将靶蛋白泛素化进行降解。在水分充足和周期性干旱生长条件下，Kukrirac875中TaSINA的表达明显高于RAC875；当TaSINA表达降低时，小麦植株的发育早期活力和生物量增加，从而提高了植株耐热性。不同于Kukri TaSINA的是，RAC875 TaSINA启动子上包含一个SBOXATRCS（S box）顺式作用元件，能够与糖和ABA信号响应负调控因子ABSCISIC ACID INSENSITIVE-4 (ABI4)结合。糖和ABA信号在介导植物对热胁迫等环境刺激的反应中起着重要作用，因此，ABI4与RAC875 TaSINA启动子上的S box元件结合，有助于TaSINA在RAC875中的表达下调，从而可能影响ABA和糖信号以增强植株耐受性。此外，在RAC875中，ABI4与TaSINA启动子的结合，可以抑制该基因的表达，从而抑制E3蛋白酶体复合物对靶蛋白（生长调节因子R）的降解，这将有助于提升高温胁迫下的水利用率，从而增加小麦生物量和产量；而在Kukri中，ABI4未与TaSINA启动子结合，导致ABA信号阻断以及R蛋白降解，最终导致产量下降。因此，TaSINA可能是植物在热胁迫下适应性生长的负调节因子。图. R875和Kukri小麦品种中TaSINA基因的工作模型小麦种质的全球分布调查表明，从20世纪50年代起，RAC875等位基因在CIMMYT种质中高表达，且该等位基因是通过热胁迫下的高产育种筛选出来的。但到目前为止，该等位基因仅在墨西哥和澳大利亚的育种方案中被选中，在印度和其他亚洲国家并不更普遍。随着热胁迫威胁的广泛性增加，RAC875等位基因有望被其他地区选育。
原文链接：
https://doi.org/10.1093/jxb/erab044
