中国农科院/西北农林合作揭示miR319调控小麦株高的新机制

　　小麦作为我国重要的粮食作物之一，提高其单产对保障国家粮食安全具有重要意义。株高直接影响小麦的收获效率和增产潜力，因此相关基因的挖掘与功能研究一直是国内外研究的热点。目前已克隆的多数株高相关基因与赤霉素、油菜素内酯、独脚金内酯等多种植物激素的代谢或信号转导途径相关联。其中，Rht1目前仍然是小麦育种中主要的矮秆基因，通过抑制赤霉素信号通路来降低株高 (Peng et al., 1999)。MicroRNAs (miRNAs)作为作物株型的关键调控因子，在水稻等作物株高等性状的形成过程中发挥着重要作用。miR319作为一类保守的植物miRNA，通过调控TCP或MYB家族转录因子，参与广泛的植物生长发育和抗逆过程。然而，关于miR319是否调控小麦株高以及其背后的作用机制仍然存在未知。

　　近日，JIPB在线发表了中国农科院作科所郝晨阳课题组与西北农林科技大学赵惠贤课题组合作完成的题为“Coordination of miR319-TaPCF8 with TaSPL14 orchestrates auxin signaling and biosynthesis to regulate plant height in common wheat”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb13759)。该研究揭示了miR319通过靶向TaPCF8负调控小麦株高，而TaPCF8与TaSPL14相互作用，拮抗调节下游基因TaIAAs的表达。这一发现为理解miR319-TaPCF8模块如何通过协调小麦中的生长素信号转导和生物合成途径来调节小麦株高提供了新的视角。

　　课题组前期鉴定到miR319在小麦穗中优势表达，通过转基因STTM沉默miR319使植株分蘖减少、茎秆变粗、旗叶和穗增大、穗粒数和千粒重提高，最终提高了单株产量;而miR319的过表达则呈现出相反的表型 (Jian et al., 2022)。本研究在田间实验中发现，miR319沉默植株的株高增加，而过表达miR319则导致株高降低。此外，过表达miR319抗性的靶基因rTaPCF8 (含有突变的miR319结合位点) 植株表现出株高增加。通过表型回补实验验证，rTaPCF8能有效恢复过表达miR319导致的株高降低表型，且rTaPCF8过表达植株的株高水平接近于miR319沉默植株。RNA-seq分析揭示了TaPCF8可能作为转录抑制因子，通过下调一些生长素响应蛋白基因TaIAAs的表达来调节小麦茎秆的发育。进一步的实验证明，TaPCF8能够直接结合这些下游基因的启动子并抑制其表达。

　　此外，研究还证实了TaPCF8与TaSPL14之间存在物理互作，二者可能通过拮抗调节下游基因TaIAAs的表达来共同调控小麦的株高。该研究系统揭示了miR319在调控小麦株高中的作用机制 (图1)。同时，还发掘了TaPCF8-5A在小麦自然群体中的等位基因，并开发了影响小麦株高的分子标记，展示了其在小麦分子育种中的应用潜力。因此，miR319-TaPCF8模块可能是小麦株高分子设计育种的重要靶标，有望改善小麦的株高特性、提升其区域适应性和增强抗倒伏性，最终促进产量的提高。