小麦的穗部性状在其产量调控中扮演着至关重要的角色，一直以来受到研究者的高度关注。作为全球重要的粮食作物之一，小麦产量的三要素单位面积穗数、穗粒数和千粒重均与穗部性状相关。因此，解析小麦穗部性状的遗传基础，对提高小麦以及其他作物的单产具有重要的意义。
近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所鲁非研究组和植物研究所郭自峰研究组，以及中国农业科学院作物科学研究所郝元峰研究组共同合作，在The Crop Journal在线发表了题为“The wheat sucrose synthase gene TaSus1 is a determinant of grain number per spike”的研究简报。该研究利用了具有全球范围遗传代表性的306份小麦种质材料构成的遗传群体，以及40M高质量SNP数据，深入开展了小麦穗部性状的遗传解析。研究通过关联定位分析发现小麦蔗糖合酶基因TaSus1是影响穗粒数的重要基因，并构建了TaSus1基因的CRISPR-Cas9敲除突变体，证明TaSus1确实影响小麦穗部性状。
TaSus1基因突变后与野生型Fielder相比，穗长、穗重、可育小穗数、穗粒数、千粒重等性状都显著降低。通过对不同发育时期子房中TaSus1三个同源基因（TaSus-A1、TaSus-B1、TaSus-D1）的表达水平鉴定发现TaSus-A1基因在子房发育早期表达量最高（图1）。进一步分析发现TaSus-A1基因上的第五个SNP（基因序列的第4088位，CDS的第2113位）为非同义突变（G-C，Val-Leu），与穗粒数显著关联，此位点为G（Val）的小麦品种的穗粒数明显高于C（Leu），但对千粒重无明显影响，预示此位点有小麦增产的潜力。随后对该位点进行了地理分化分析，发现G位点频率高的地域，其穗粒数也明显增高。为了评估此位点的应用价值，研究还利用了京双16（G）/鲁麦21（C）的NIL群体来验证其效应，发现与携带C位点的品系相比，携带G位点的品系穗长和穗重更大，穗粒数更多，但千粒重无显著差异（图2）。
这项研究利用高密度的小麦穗部性状基因型-表型图谱，鉴定到TaSus1位点，该位点可以显著影响小麦的穗粒数，为改良穗部性状提供了宝贵的基因资源。中国科学院植物研究所的助理研究员申立平、张丽丽、遗传与发育生物学研究所助理研究员尹长斌和中国农业科学院作物科学研究所博士研究生许小宛为论文的共同第一作者，中国科学院植物研究所郭自峰研究员、遗传与发育生物学研究所鲁非研究员和中国农业科学院作科所郝元峰研究员为共同通讯作者。该研究得到了中国科学院战略重点研究计划的支持（XDA24010104-2）。
图1：TaSus1突变体表型特征和TaSus1基因表达水平分析
图2：TaSus-A1基因影响小麦穗粒数及其地理分化分析
