小麦是人类生活饮食的核心口粮，其安全、高效生产对我国粮食安全与可持续发展具有举足轻重的战略意义。然而，水资源日益短缺与极端气候事件频发叠加，使干旱胁迫已成为全球作物生产面临的首要环境限制因素。我国小麦水分利用效率远低于世界先进水平，这一差距既揭示了巨大的提升潜力，也为科技创新提供了契机。因此，系统挖掘并精准鉴定调控小麦水分利用效率与耐旱性的关键因子，深度解析其分子机理及遗传调控网络，将为小麦抗旱遗传改良和节水耐旱新品种培育奠定坚实基础，对确保我国乃至全球粮食安全具有深远影响。
中国科学院遗传与发育生物学研究所肖军研究组筛选鉴定了228份具有水分利用效率多样性的小麦自然群体材料，围绕“表型–基因型–转录组–功能验证”四层框架，系统解析小麦水分利用效率的遗传基础。通过苗期水分胁迫实验系统评估群体水分利用效率及相关表型，融合全基因组关联分析（GWAS）、群体转录组分析、表达数量性状位点定位（eQTL）、加权基因共表达网络分析（WGCNA）及孟德尔随机化分析（SMR），并依托团队前期建立的KN9204近饱和突变体库（Wang et al., 2023）和转基因材料进行功能验证，建立了系统鉴定小麦水分利用效率调控因子的联合分析策略。
GWAS分析共鉴定到73个水分利用效率相关性状的数量性状位点（QTLs）；群体转录组与WGCNA分析揭示了组织特异性干旱响应模式，并识别出28个干旱响应核心模块；eQTL分析共定位到146,966个基因表达调控关系，并发现与干旱响应途径相关的动态调控热点。进一步通过SMR分析筛选与表型显著相关的基因表达信号，构建了基于位置关系的共定位网络。通过与群体转录组差异表达基因结合，最终筛选出85个高可信度的水分利用效率候选基因，其中高比例（80%）得到KN9204突变体验证支持，表明该多组学联合分析的可靠性。进一步对转录调控网络关键节点因子TaMYB7-A1进行基因功能研究，过量表达TaMYB7-A1减少叶片水分散失、提高根系构型和活力，维持了高光合能力与水分利用效率、减轻了干旱的伤害。因而，显著提高了小麦在水分胁迫条件的苗期存活率及成熟期大田产量。TaMYB7-A1通过直接结合并激活下游基因TaPIP2;2-B1（水分运输）、TaRD20-D1（气孔调节）和TaABCB4-B1（根系发育），协同增强小麦的水分利用效率与耐旱性。
该研究实现从宏观表型到微观基因、从统计关联到因果验证的闭环，为小麦抗旱遗传改良提供可复制的研究范式，也为小麦复杂性状的基因挖掘提供了有效途径。2025年9月29日以Integrative omics of the genetic basis for wheat WUE and drought resilience reveal the function of TaMYB7-A1为题在线发表于Nature Communications杂志（DOI:10.1038/s41467-025-63642-5）。遗传发育所肖军研究组在读博士生周雨馨、助理研究员王冬至（现崖州湾国家实验室青年科学家）、博士毕业生王豪和农业资源研究中心乔匀周副研究员为论文共同第一作者，肖军研究员、助理研究员王冬至、农业资源研究中心董宝娣研究员为共同通讯作者。西北农林科技大学博士毕业生赵鹏、肖军组助理研究员林学磊、在读博士生曹原和刘雪美、南京农业大学客座研究生杨一曼参与本课题研究，西北农林科技大学许盛宝教授、中国农业大学胡兆荣教授、遗传发育所贺飞研究员为该研究提供了重要指导和帮助。该研究得到中国科学院先导专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金杰出青年项目和新疆生产建设兵团重点领域科技攻关项目的资助。
多组学解析小麦水分利用效率遗传基础分析策略及TaMYB7-A1耐旱性机制
