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品质改良是小麦的主要育种目标之一，优质、高产品种培育将促进小麦产业健康发展。高分子量谷蛋白亚基(highmolecularweightgluteninsubunit，HMW-GS)是决定小麦面团弹性和延展性的重要因素，挖掘和应用小麦近缘种属中优良HMW-GS基因对改良小麦品质和培育小麦品种具有重要作用。通过培育易位系方式虽然可以将小麦近缘种属中位于第一部分同源群染色体长臂上的优良HMW-GS基因导入小麦，替换了小麦第一部分同源群相应染色体长臂上的HMW-GS基因，但改良小麦品质的作用有限。利用转基因方式在小麦中表达来自于高大山羊草等近缘种属中的HMW-GS基因、创制小麦优质新材料的研究还未有报道。
近日，中国农业科学院作物科学研究所叶兴国团队在TheCropJournal发表了题为“Developmentofawheatmaterialwithimprovedbread-makingqualitybyoverexpressingHMW-GS1Sl*fromAegilopslongissima”的研究论文。该研究通过农杆菌介导的遗传转化创制了表达高大山羊草1Sl*的T-W1等转基因小麦株系，揭示了1Sl*在改良小麦面包品质中的作用，为小麦品质育种提供了新种质资源。
该研究以小麦品种Westonia为受体，利用农杆菌介导法将1Sl*基因转入小麦，获得了候选转基因植株；通过试纸条、分子标记、染色体原位杂交（GISH和FISH）和SDS-PAGE等检测技术对转基因当代植株和后代植株进行筛选、鉴定，培育了高表达1Sl*基因的T-W1等转基因株系，证明1Sl*基因在T1-T3代植株中能够稳定遗传和表达（图1）；进一步发现，在转基因株系籽粒发育过程中1Sl*的表达同时促进了内源1Dx2和1Dy12基因的表达，降低了1By18基因的表达，提高了籽粒中总HMW-GS和低分子量谷蛋白亚基（lowmolecularweightgluteninsubunit，LMW-GS）的含量（图2）；同时发现，转基因株系籽粒发育过程中蛋白体的形成比受体对照快；与野生型相比，转基因株系中籽粒蛋白质含量提高，面团形成时间和稳定时间延长，面包体积增大（图3），显示出优异的面包品质。结果表明，1Sl*的转入增加了小麦中HMW-GS的数量，与小麦中内源HMW-GS的共同表达提高了麦谷蛋白含量，改进了小麦面包加工品质，为小麦品质改良创制了新材料。
图1转1*基因小麦纯合株系鉴定
图2转1*基因小麦纯合株系籽粒中麦谷蛋白含量测定
图3转1*基因小麦纯合株系面包和蛋糕品质分析
中国农业科学院作物科学研究所博士研究生邱玉亮与已毕业硕士研究生陈海强为该文共同第一作者，叶兴国研究员和王轲副研究员为共同通信作者，宁夏农林科学院农作物研究所张双喜研究员、中国农业科学院作物科学研究所已毕业硕士研究生王静和杜丽璞高级实验师也参与了该项研究。该研究得到国家自然科学基金项目（31971945）和宁夏科技厅重点研发计划项目（2019BBF02020）的资助。叶兴国团队主要从事小麦转基因和基因编辑技术与应用的研究，以及小麦细胞染色体工程和分子标记辅助育种等工作，具体包括小麦及近缘种转基因体系建立、小麦近缘种属染色体分子标记开发、小麦再生相关基因克隆及应用、小麦-近缘种易位系培育和小麦新品系培育等。团队近年来在NaturePlants、PlantBiotechnologyJournal、JournalofExperimentalBotany、FoodChemistry、TheoreticalandAppliedGenetics、JournalofGeneticsandGenomics、TheCropJournal、PlantCellReports、BMCPlantBiology等学术期刊上发表多篇研究论文。
