安農大團隊八年磨一劍！破譯小麥種子「休眠」密碼

4月9日，記者從安徽農業大學獲悉，該校馬傳喜教授團隊在小麥種子休眠與穗發芽抗性研究領域取得重大突破，相關成果發表於知名期刊《Plant Communications》。團隊發現了一個新的分子模塊TaDof-2D-miR1832-TaP450-7A，該模塊通過整合溫度信號、非編碼RNA和植物激素通路，在小麥籽粒發育的中後期參與調控低溫誘導的休眠解除過程。這些發現為通過分子設計育種途徑高效提升現代小麥品種的穗發芽抗性提供了重要的基因資源和分子工具。

揭秘：小麥種子緣何「睡不醒」「醒太早」

穗發芽是全球性農業災害，不僅會導致小麥產量大幅下降，還會嚴重劣化其加工品質。而影響穗發芽最直接的因素，就是小麥種子的休眠性——通俗來說就是種子的「睡眠時長」：睡得太沉，田里出苗不齊；醒得太早，遇到雨天就會在穗上直接發芽，甚至導致絕收。馬傳喜教授團隊的研究解決的就是這個問題。

「在自然界中，溫度是影響種子休眠時長的關鍵因素。研究表明，種子發育期間的低溫對小麥種子休眠的影響具有階段特異性，種子發育早期的低溫能夠增強休眠，而種子發育中後期的低溫則通過誘導遲熟α-澱粉酶合成進而降低休眠，但其調控的分子通路尚未明確。這個問題，一直困擾著我們科研團隊。」研究團隊主要成員張海萍教授表示。

團隊綜合運用多組學分析、基因複製、分子標記開發等多種技術手段，最終挖掘到一條控制小麥種子響應低溫的基因調控模塊TaDof-2D-miR1832-TaP450-7A。

這一發現從分子層面，解釋了「低溫為何會讓小麥種子提前甦醒」的疑問，同時提供了讓種子在合適時間甦醒的技術策略，基於這種低溫處理方法，還能縮短育種週期、加快小麥育種進程。

該成果不僅首次闡明了低溫調控小麥種子休眠的分子機制，還為小麥抗穗發芽育種提供了關鍵基因與實用標記，能有效降低穗發芽造成的經濟損失，同時加速溫室加代繁殖進程，縮短小麥優良品種的培育週期。

解惑：穗發芽讓小麥減產、口感不佳

那麼，這項跨越8年的研究，是在怎樣的背景下開啟的？

據悉，穗發芽是我國（包括安徽省）乃至全球小麥生產上急需解決的世界性難題。

「理想狀態下，在小麥收穫前穗子裡的種子會一直處於休眠狀態。但隨著全球氣候變化，降雨的範圍、強度和持續時間都有所加大，這就導致部分麥穗在5、6月份會提前發芽。」張海萍教授介紹。

更需要警惕的是，小麥穗發芽分為明顯發芽和隱性發芽兩種情況：持續降雨會導致種子在麥穗上直接長出綠色幼苗，這樣的小麥連飼料用途都無法滿足。

而降雨時長較短時，種子外觀雖然無明顯發芽跡象，但籽粒內部的澱粉、蛋白質已發生降解，肉眼雖不可見，卻會嚴重影響加工品質與種子活力（即種子的發芽能力）。用這類小麥製作的麵包易塌陷、體積偏小，饅頭髮黏，麵條、餃子易糊湯，同時還會降低小麥播種後的發芽率與出苗率。

攻堅：八年破解小麥研究「攔路華(Rover)」

科研之路從不是一帆風順的，馬傳喜教授團隊在該研究推進過程中，主要受小麥自身特性限制，面臨著多重技術難題。

張海萍教授介紹，小麥的基因組十分龐大且複雜，是水稻基因組的40倍，且遺傳轉化效率相對較低，培育轉基因實驗材料的成功率不高；同時，小麥自然生長週期長，從播種到收穫需要數月時間，導致實驗等待週期較長。

此外，小麥遺傳雜交後代的組合類型複雜，需要擴大篩選群體才能獲得目標材料，工作量和篩選難度都很大；而且在依據基因序列變異開發分子標記時，難以找到合適的酶切位點，也增加了標記開發的難度。

面對這些難題，8年來團隊始終攻堅克難，通過採用溫室加代、低溫處理等科學手段，有效縮短了小麥生長週期，顯著加快了實驗材料培育與目標材料篩選的進度，目前相關技術難題已逐步得到解決。

應用：研究成果有望助力多作物抗穗發芽育種

這項研究成果如何轉化應用，為農業生產提供助力？

據介紹，其應用路徑主要有三個方面：一是利用已開發的分子標記，快速篩選出休眠程度適宜的小麥優良品種或品系；二是針對TaDof-2D-miR1832-TaP450-7A這一調控模塊，採用基因編輯技術進行基因改良，應用於小麥抗穗發芽分子設計育種；三是在種子發育中後期進行低溫解除休眠處理，加速溫室加代繁殖，縮短育種週期。

值得一提的是，該成果不僅適用於小麥，還有望為水稻、大麥等其他農作物的抗穗發芽育種提供理論參考和技術支撐。

目前該研究處於理論與應用並行的初級階段，尚未在田間場景大規模應用。

「團隊接下來將進一步完善低溫調控種子休眠的分子網絡，深入挖掘關鍵調控基因，開展多環境、多品種驗證，持續優化分子標記與育種技術，推動理論基礎研究落地到育種實踐應用中，同時向其他作物拓展應用。」張海萍教授表示。（記者 莊文倩）