高产优质是小麦(Triticum aestivum L.)培育的重要目标。籽粒淀粉和贮藏蛋白(Seed storage protein, SSP)含量及组成是决定小麦产量和品质的两个关键因素。其中，淀粉含量与粒重紧密相关，而SSP含量和组成决定着面粉的加工品质。但小麦SSP含量(加工品质)往往和淀粉含量(产量)负相关。目前人们虽然对小麦SSP编码基因以及淀粉生物合成酶编码基因表达调控的转录因子已有部分报道，但其调控机制以及转录因子如何同时调节SSP和淀粉积累从而协调品质和产量之间的平衡却鲜有报道。
近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所肖军研究组通过小麦胚乳发育不同阶段的转录组和表观遗传学数据，鉴定到了一组能同时调控淀粉和贮藏蛋白生物合成的转录因子复合物TaNF-Y，包括TaNF-YA3-D、TaNF-YB7-B和TaNF-YC6-B。该复合物通过自身转录模式的变化直接或间接调控SSP和淀粉合成。通过RNAi干扰技术将TaNF-YA3和TaNF-YC6基因沉默后，淀粉含量下降，贮藏蛋白含量上升。进一步分析发现，TaNF-Y复合物通过和多梳抑制复合物2 (Polycomb Repressive Complexes 2, PRC2)互作招募后者，累积组蛋白H3K27me3修饰抑制贮藏蛋白编码基因TaLMW-400和TaGli-γ-700以及淀粉编码基因负调因子TaNAC019的转录，进而直接调控小麦SSP和间接调控淀粉累积。此外，TaNF-YB7-B编码区的自然变异影响了其与PRC2的互作强度，单倍型TaNF-YB7-BHap-2表现出较高的淀粉含量和较低的SSP含量，在育种过程中受到正向选择，这与我国育种过程对产量提升的目标相符合。
该研究以“NUCLEAR FACTOR-Y-POLYCOMB REPRESSIVE COMPLEX2 dynamically orchestrates starch and seed storage protein biosynthesis in wheat”为题于2024年9月18日在线发表于The Plant Cell杂志(DOI: 10.1093/plcell/koae256)，肖军课题组博士生陈进超，博士毕业生赵龙和博士后李浩然为该论文共同第一作者，遗传发育所王冬至助理研究员，博士毕业生张昊和中国农业大学杨常峰博士也参与了本研究。遗传发育所肖军研究员为唯一通讯作者，中国农业大学姚颖垠教授、中国农科院作科所张学勇研究员、山东农业大学张宪省教授等为该研究提供了指导和帮助。该研究得到了中国科学院先导A专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市杰出青年科学基金等项目的资助。
图 TaNF-Y调控小麦淀粉和贮藏蛋白累积的工作模式
