安农大团队八年磨一剑！破译小麦种子“休眠”密码

马传喜教授（中间）、张海萍教授（左一）和研究生合照

　　4月9日，记者从安徽农业大学获悉，该校马传喜教授团队在小麦种子休眠与穗发芽抗性研究领域取得重大突破，相关成果发表于知名期刊《Plant Communications》。团队发现了一个新的分子模块TaDof-2D-miR1832-TaP450-7A，该模块通过整合温度信号、非编码RNA和植物激素通路，在小麦籽粒发育的中后期参与调控低温诱导的休眠解除过程。这些发现为通过分子设计育种途径高效提升现代小麦品种的穗发芽抗性提供了重要的基因资源和分子工具。

　　揭秘：小麦种子缘何“睡不醒”“醒太早”

　　穗发芽是全球性农业灾害，不仅会导致小麦产量大幅下降，还会严重劣化其加工品质。而影响穗发芽最直接的因素，就是小麦种子的休眠性——通俗来说就是种子的“睡眠时长”：睡得太沉，田里出苗不齐；醒得太早，遇到雨天就会在穗上直接发芽，甚至导致绝收。马传喜教授团队的研究解决的就是这个问题。

　　“在自然界中，温度是影响种子休眠时长的关键因素。研究表明，种子发育期间的低温对小麦种子休眠的影响具有阶段特异性，种子发育早期的低温能够增强休眠，而种子发育中后期的低温则通过诱导迟熟α-淀粉酶合成进而降低休眠，但其调控的分子通路尚未明确。这个问题，一直困扰着我们科研团队。”研究团队主要成员张海萍教授表示。

　　团队综合运用多组学分析、基因克隆、分子标记开发等多种技术手段，最终挖掘到一条控制小麦种子响应低温的基因调控模块TaDof-2D-miR1832-TaP450-7A。

　　这一发现从分子层面，解释了“低温为何会让小麦种子提前苏醒”的疑问，同时提供了让种子在合适时间苏醒的技术策略，基于这种低温处理方法，还能缩短育种周期、加快小麦育种进程。

　　该成果不仅首次阐明了低温调控小麦种子休眠的分子机制，还为小麦抗穗发芽育种提供了关键基因与实用标记，能有效降低穗发芽造成的经济损失，同时加速温室加代繁殖进程，缩短小麦优良品种的培育周期。

　　解惑：穗发芽让小麦减产、口感不佳

　　那么，这项跨越8年的研究，是在怎样的背景下开启的？

　　据悉，穗发芽是我国（包括安徽省）乃至全球小麦生产上急需解决的世界性难题。

　　“理想状态下，在小麦收获前穗子里的种子会一直处于休眠状态。但随着全球气候变化，降雨的范围、强度和持续时间都有所加大，这就导致部分麦穗在5、6月份会提前发芽。”张海萍教授介绍。

　　更需要警惕的是，小麦穗发芽分为明显发芽和隐性发芽两种情况：持续降雨会导致种子在麦穗上直接长出绿色幼苗，这样的小麦连饲料用途都无法满足。

　　而降雨时长较短时，种子外观虽然无明显发芽迹象，但籽粒内部的淀粉、蛋白质已发生降解，肉眼虽不可见，却会严重影响加工品质与种子活力（即种子的发芽能力）。用这类小麦制作的面包易塌陷、体积偏小，馒头发黏，面条、饺子易糊汤，同时还会降低小麦播种后的发芽率与出苗率。

　　攻坚：八年破解小麦研究“拦路虎”

　　科研之路从不是一帆风顺的，马传喜教授团队在该研究推进过程中，主要受小麦自身特性限制，面临着多重技术难题。

　　张海萍教授介绍，小麦的基因组十分庞大且复杂，是水稻基因组的40倍，且遗传转化效率相对较低，培育转基因实验材料的成功率不高；同时，小麦自然生长周期长，从播种到收获需要数月时间，导致实验等待周期较长。

　　此外，小麦遗传杂交后代的组合类型复杂，需要扩大筛选群体才能获得目标材料，工作量和筛选难度都很大；而且在依据基因序列变异开发分子标记时，难以找到合适的酶切位点，也增加了标记开发的难度。

　　面对这些难题，8年来团队始终攻坚克难，通过采用温室加代、低温处理等科学手段，有效缩短了小麦生长周期，显著加快了实验材料培育与目标材料筛选的进度，目前相关技术难题已逐步得到解决。

　　应用：研究成果有望助力多作物抗穗发芽育种

　　这项研究成果如何转化应用，为农业生产提供助力？

　　据介绍，其应用路径主要有三个方面：一是利用已开发的分子标记，快速筛选出休眠程度适宜的小麦优良品种或品系；二是针对TaDof-2D-miR1832-TaP450-7A这一调控模块，采用基因编辑技术进行基因改良，应用于小麦抗穗发芽分子设计育种；三是在种子发育中后期进行低温解除休眠处理，加速温室加代繁殖，缩短育种周期。

　　值得一提的是，该成果不仅适用于小麦，还有望为水稻、大麦等其他农作物的抗穗发芽育种提供理论参考和技术支撑。

　　目前该研究处于理论与应用并行的初级阶段，尚未在田间场景大规模应用。

　　“团队接下来将进一步完善低温调控种子休眠的分子网络，深入挖掘关键调控基因，开展多环境、多品种验证，持续优化分子标记与育种技术，推动理论基础研究落地到育种实践应用中，同时向其他作物拓展应用。”张海萍教授表示。（记者 庄文倩）