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为探究 TaWI12 在小麦雌蕊和雄蕊发育中的作用机制，四川农业大学等机构的研究人员开展了相关研究。他们克隆了 TaWI12 基因，通过转基因拟南芥和 CRISPR/Cas9 基因编辑小麦实验，发现 TaWI12 影响花发育，该研究为小麦高产育种提供了理论基础。
小麦，作为全球最重要的粮食作物之一，为人类提供了丰富的植物蛋白和各类营养物质，在保障全球粮食安全方面占据着举足轻重的地位。随着全球人口的不断增长，预计到 2050 年将增加 30%，对粮食的需求也在持续攀升。然而，在气候变化的大背景下，极端天气频繁出现，可耕地面积不断减少，这些因素都给小麦的产量带来了巨大挑战。如何提高小麦产量，成为了科研人员亟待解决的重要课题。
在小麦的生长过程中，花的发育至关重要，它直接关系到小麦的繁殖和产量。正常情况下，小麦花由一个雌蕊、三个雄蕊以及其他营养器官组成。但在自然状态下，会出现一些异常的雌蕊突变体，这其中包括多雌蕊类型，像三雌蕊突变体（TP）、三雌蕊小花突变体（12TP）等；还有雌蕊化类型，即雄蕊不同程度地转化为雌蕊或雌蕊状结构，如同源转化不育 - 1（HTS-1）。这些突变体为研究小麦花发育的机制提供了宝贵的资源，同时也让科研人员意识到，深入探究小麦雌蕊和雄蕊发育的分子机制，对提高小麦产量具有重要意义。
基于此，四川农业大学、西华师范大学以及西昌学院的研究人员开展了一项关于 TaWI12 基因在小麦花发育中作用的研究，相关成果发表在《BMC Plant Biology》上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先是基因克隆技术，从普通小麦中克隆出 TaWI12 基因；其次利用生物信息学分析，对 TaWI12 基因及其编码蛋白的特性进行深入研究；再者通过转基因技术，构建 TaWI12 过表达载体并转化到拟南芥中；最后借助 CRISPR/Cas9 基因编辑技术，对小麦中的 TaWI12 基因进行编辑。在实验过程中，使用了面包小麦中国春（CS）、川麦 28（CM28）、Fielder 等品种，以及 HTS-1、CM28TP 等特殊材料作为样本来源。
研究结果如下：
- TaWI12 基因的克隆与序列分析：从 CM28TP 和 HTS-1 的幼穗 cDNA 中成功克隆出 TaWI12 基因的三个同源基因 TaWI12-4A、TaWI12-4B 和 TaWI12-4D，它们的开放阅读框（ORFs）分别为 408bp、417bp 和 417bp ，编码 135、138 和 138 个氨基酸，氨基酸序列相似度高达 95.17%。通过系统进化树分析发现，TaWI12 与大麦、节节麦的伤口诱导蛋白具有高度同源性。
- TaWI12 蛋白的生物信息学分析：生物信息学分析显示，TaWI12-4A、TaWI12-4B 和 TaWI12-4D 蛋白均为不稳定的疏水蛋白。其二级结构主要由 α- 螺旋、延伸链、β- 转角和无规卷曲组成，三级结构中 TaWI12-4B 和 TaWI12-4D 高度相似，并且它们都属于 WI12 超家族。
- TaWI12 过表达拟南芥的表型分析：构建 TaWI12 过表达载体转化拟南芥，经筛选和鉴定后，对 T3代纯合转基因植株进行表型分析。结果发现，转基因植株的花丝明显缩短，花丝数量也有所减少，与野生型相比差异显著。这表明 TaWI12 过表达会引起拟南芥雄蕊发育的改变。
- CRISPR/Cas9 编辑小麦中 TaWI12 的表型分析：利用 CRISPR/Cas9 技术在小麦品种 Fielder 背景下对 TaWI12 基因进行编辑，获得了 TaWI12 基因敲除突变体。对突变体进行表型分析发现，部分突变体出现了雄蕊向雌蕊的同源转化，表现出雌蕊化特征；同时，一些突变体的叶片出现了开裂现象。进一步分析发现，编辑 TaWI12 基因的启动子区域不仅没有抑制基因表达，反而使其表达上调，推测这可能与雌蕊化雄蕊性状的形成有关。
研究结论与讨论部分指出，TaWI12 基因在小麦花发育过程中起着重要作用，它可能参与了伤口响应、雌蕊和雄蕊的发育调控。在 CRISPR/Cas9 编辑的小麦植株中，叶片出现开裂现象，推测是由于 TaWI12 基因功能缺失导致受损组织无法正常愈合，不过这一推测还需要进一步的研究来证实。另外，TaWI12 基因过表达可能是导致雌蕊化性状发育的关键因素，在拟南芥中的过表达实验以及小麦中的基因编辑实验都为这一结论提供了证据。然而，由于物种间发育和调控背景的差异，还需要在小麦中进一步验证 TaWI12 基因的功能。
这项研究具有重要意义，它不仅揭示了 TaWI12 基因在小麦花发育中的功能，为深入理解小麦雌蕊和雄蕊发育的分子机制提供了新的视角，还为小麦高产育种提供了重要的理论依据，有望通过分子育种技术提高小麦的产量和品质，为应对全球粮食安全问题贡献力量。
