2021年10月11日，The Plant Journal在线发表了中国科学院遗传与发育生物学研究所张爱民研究员和河北农业大学农学院校聘教授刘冬成为共同通讯作者的题为“Genome-wide identification of seed storage protein gene regulators in wheat through coexpression analysis”的研究论文。该研究首次对小麦种子储藏蛋白（SSPs）基因的转录调控因子进行了全基因组鉴定，为SSPs基因表达调控机制的解析和SSPs含量优化的小麦品质育种提供了参考价值。
小麦种子储藏蛋白（SSPs）的含量和组成是决定面粉加工品质的关键因素之一，该蛋白一般由醇溶蛋白和麦谷蛋白组成。目前研究发现，SSPs的合成主要在转录水平上受到SPA、WPBF、GAMYB和SHP等转录因子的时空调控。鉴于SSPs基因启动子区域存在不同的结合顺式元件，说明还存在其他多个未被鉴定甚至未知家族的转录因子对其发挥重要调控作用。
在转录调控中，靶基因的表达谱和潜在转录调控因子之间存在相关性，因此，共表达分析可能是在基因组尺度上鉴定小麦SSPs基因候选转录调控因子的有效方法。在普通小麦（Triticum aestivum）中，大多数基因至少含有三个同源物，而且它们之间的表达总具有偏好性，从而不便用于共表达分析。作为普通小麦的A基因组供体，二倍体乌拉尔图小麦（Triticum urartu）基因组已被测序，每个基因均有一个单拷贝，并且乌拉图小麦和普通小麦之间的同源基因多具有相同功能，因此乌拉尔图小麦比普通小麦更适合进行共表达分析以在全基因组范围内鉴别SSPs基因的转录调控因子。
本研究作者对乌拉尔图小麦整个灌浆期的胚乳进行了转录组动力学分析，并通过共表达分析转录因子（TFs）与SSPs基因的表达模式发现，来自23个家族的71个TFs与SSPs基因共表达（图1）。为检测本次共表达分析的可行性，TFs选择验证显示TuNAC77通过与SSPs基因启动子上的顺式元件结合来增强其转录。为证实SSPs基因的调控一致性，基于同源性克隆和双荧光素酶活性报告检测发现，TuNAC77在普通小麦中的同源物TaNAC77同样提高了SSPs基因的启动子活性和转录，表明TuNAC77与其同源物TaNAC77具有相同功能。另外，经体内调控功能验证发现，TaNAC77的敲降导致SSPs基因表达下调和SSPs含量降低（图2）。以上结果说明了利用乌拉尔图小麦进行共表达分析和鉴定SSPs基因转录调控因子的可行性。
图1. 乌拉尔图小麦籽粒发育过程中TFs和SSPs基因的共表达分析
图2. TaNAC77敲降小麦株系中SSPs基因的转录和SSPs的积累均受抑制该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和国家转基因研究项目的资助。
