籽粒大小是决定小麦产量的主要因素之一，调控籽粒发育已在水稻、玉米等作物中被证明是提高作物产量的重要策略。然而，小麦籽粒发育的遗传基础及关键因子的潜在分子调控机制依然不清楚，成为限制小麦产量提高的一个瓶颈之一。
2024年2月28日，中国科学院遗传与发育生物学研究所肖军研究组和山东大学生命科学学院白明义教授团队在Plant Biotechnology Journal在线发表题为“The TaSnRK1‐TabHLH489 module integrates brassinosteroid and sugar signalling to regulate the grain length in bread wheat”的研究论文。该研究通过联合全基因组关联研究与连锁分析，鉴定到一个与粒长显著相关的小麦非典型碱性螺旋-环-螺旋转录因子TabHLH489-D1。TabHLH489-D1及其同源基因减少粒长和千粒重。研究揭示了植物能量感受器TaSnRK1α1与TabHLH489之间的相互作用。TaSnRK1α1通过磷酸化作用促进TabHLH489的降解，进而促进小麦籽粒发育早期种皮细胞的伸长。糖则通过诱导TaSnRK1α1蛋白积累，进一步促进TabHLH489降解，共同调控小麦籽粒发育。TaSnRK1-TabHLH489调控模块整合了油菜素内酯和糖信号来调节小麦籽粒大小。
TabHLH489是植物甾醇激素油菜素内酯(BR)的负调控因子，敲除TabHLH489导致小麦对BR的敏感性增强。在BR受体突变体tabri1和BR负调控激酶TaSK2过表达小麦中，TabHLH489表达量显著增高，导致小麦籽粒变短，千粒重降低。相反，在TaSK2敲除突变体和BR信号转导关键转录因子TaBZR1过表达小麦中，TabHLH489表达量降低，小麦籽粒变长，千粒重增加。TaBZR1直接结合TabHLH489启动子，抑制其表达，TabHLH489-D1启动子区的自然变异影响TaBZR1的结合，优异单倍型降低TabHLH489-D1的表达、增加粒长。
本研究成功克隆了调控小麦粒长的关键基因TabHLH489，鉴定到调控小麦种子大小的一个基因功能模块，并阐明了BR和糖在转录和蛋白水平上对TabHLH489的调控机制。这一发现为小麦产量育种提供了重要的理论依据和优异等位基因资源，有望为未来小麦育种工作提供优异等位基因资源。
山东大学生命科学学院白明义教授、中国科学院遗传发育所肖军研究员及山东大学樊敏副教授为该文共同通讯作者。山东大学生命科学学院博士后吕金洋、中国科学院遗传发育所助理研究员王冬至及山东大学生命科学学院博士生孙娜为该文共同第一作者。此外，山东大学夏光敏教授和山东省农科院李根英研究员也为本研究提供了重要的指导和帮助。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省良种工程项目以及山东省自然科学基金项目的支持。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14319
