小麦Waxy基因研究取得新进展

        在小麦胚乳中，Wx蛋白是负责合成小麦胚乳的关键酶，当Wx基因发生缺失或失活时，直链淀粉含量下降。Waxy基因天然突变发生的频率很低，即便地方小麦比普通小麦栽培品种具有相对较高的变异频率，仍显不足（Zhang et al. 2017）。人工诱变则可以极大地产生突变的频率，是基因功能研究和材料创制重要途径。本研究利用EMS溶液处理四川小麦品种蜀麦126（SM126）种子，创制了单株数量为10600株的M2代诱变群体，利用SDS-PAGE和2DE鉴定了一系列Waxy蛋白缺失突变体。对其中一份Wx-A1蛋白缺失突变体M2-31的分子机制进行了研究，主要结果如下：

1. 基因克隆表明SM126和M2-31中Wx-A1基因编码区序列长度为2781bp，序列比对发现M2-31在起始密码子下游2168bp碱基由G变为A（G2168A），该突变位于第八个内含子的剪接位点。进一步研究了突变体M2-31的Wx-A1转录本序列，结果发现52个M2-31的Wx-A1cDNA均发生了错误剪辑，可分为五种类型。外显子的部分缺失和内含子的保留是错误剪辑的主要特征（图1）。结合对潜在的剪接调控元件预测，认为发生在内含子5＇端序列由GU变为AU是RNA错误剪辑的主要原因，揭示了Wx基因缺失突变的新的分子机制。

图1.Wx蛋白缺失鉴定与分子机制的揭示

2. Wx-A1蛋白的缺失导致突变体M2-31中淀粉粒出现破损，直链淀粉含量下降，有利于创制不同程度低直链淀粉材料。

图2. Waxy突变体中淀粉微观结构变化

参考文献：

1.         Luo M, Ding JJ, Li Y, Tang HP, Qi PF, Ma J, Wang JR, Chen GY, Pu ZE, Li W, Li ZY, W Harwood, Lan XJ, Deng M, Lu ZX, Wei YM, Zheng YL, Jiang QT, 2019. A single-base change at a splice site in Wx-A1 caused incorrect RNA splicing and gene inactivation in a wheat EMS mutant line. Theoretical and Applied Genetics. Online, https://doi.org/10.1007/s00122-019-03340-1

2.         Zhang LL , Chen H, Luo M, Zhang XW, Deng M, Ma J, Qi PF, Wang JR, Chen GY, Liu YX ,Pu ZE, Li W , Lan XJ , Wei YM, Zheng YL, Jiang QT, 2017. Transposon insertion resulted in the silencing of Wx-B1n in Chinese wheat landraces. Theoretical and Applied Genetics, 130(6): 1321–1330