小麦非生物胁迫耐受机理团队揭示Rht-D1b增大小麦苗期根系及其分子机制

近日，我室小麦非生物胁迫耐受机理团队在国际知名期刊《The Plant Cell》在线发表题为“Population Transcriptome and Phenotype Analyses Reveal that Rht-D1b Contributed a Larger Seedling Root to Modern Bread Wheat”的研究论文。该研究首次在群体水平揭示了绿色革命基因Rht-D1b的“隐藏优势”——在降低小麦株高的同时，显著增大苗期根系，为小麦抗逆育种和产量提升提供了全新思路。《The Plant Cell》同期配发的专文点评指出，该研究首次在群体水平揭开绿色革命基因的“地下功能”，为两个小麦绿色革命基因的广泛且区域化应用提供了新的理解。农学院王晓明副教授为第一作者，赵鹏博士、青年教师史雪、郭效龙博士为共同第一作者，许盛宝教授和康振生教授为共同通讯作者。

一、绿色革命基因Rht-D1b的“地下秘密”：被忽视的根系优势

20世纪60年代绿色革命以来，半矮化基因Rht-B1b（Rht1）和Rht-D1b（Rht2）因其能显著降低小麦株高、增强抗倒伏能力，被广泛应用于全球小麦育种，目前已存在于全球超过70%的商业小麦品种中。长期以来，研究焦点集中在两者对地上部分的改良效应；而作为小麦吸收水分和养分“生命线”的根系，其是否受绿色革命基因调控、调控机制如何，始终缺乏系统解析与明确结论。

研究团队收集了来自全球的406份小麦核心种质资源，涵盖农家种、历史品种、现代栽培种和育种材料，构建了大规模的根系表型-转录组-基因型数据库。通过对苗期根系的系统鉴定，发现现代栽培种的根系表面积、体积和直径显著大于农家种。后续通过整合栽培种与农家种间差异表达基因鉴定、全转录组关联分析（TWAS）、全基因组关联分析（GWAS）、基因表达量GWAS分析（eQTL）和育种选择效应分析，鉴定出Rht-D1b是驱动栽培种与农家种根系差异的核心因子，其通过增加根系分生区大小和成熟区细胞的长度与宽度，显著增大小麦苗期根系。

二、同源基因功能分化：Rht-D1b与Rht-B1b的“功能分化”

Rht-D1和Rht-B1为同源基因，均编码赤霉素信号途径关键负调控因子DELLA蛋白，且Rht-D1b与Rht-B1b均在两基因中相似位置引入提前终止突变，两者对株高的调控功能也高度相似。但GWAS分析显示，Rht-B1b与任何根系性状均无显著关联，近等基因系、遗传分离群体和转基因实验进一步验证了这一结果，证实两者在根系发育调控中存在显著功能分化。

后续机制解析表明，这种分化源于两点核心差异：一是Rht-D1b在根系中对赤霉素的敏感性显著低于Rht-B1b；二是两者调控的下游基因集合差异极大，Rht-D1b特异调控“根分生区发育”“细胞周期”等通路基因，而Rht-B1b主要影响“活性氧代谢”“赤霉素响应”相关基因。

该研究证实了绿色革命基因的“地下优势”——Rht-D1b通过“地上矮化+地下增根”的协同作用，显著提高小麦根冠比。这一发现从全新维度揭示了Rht-D1b的育种价值，不仅完善了绿色革命基因的功能网络，也为小麦根系遗传改良和高产稳产新品种培育提供了新策略。

研究得到国家重大科技专项、国家自然科学基金等项目资助。研究相关的基因型、表型及转录组数据已上传至开放共享的小麦基因型-表型数据库WGPD（http://resource.iwheat.net/WGPD/）。