RNAi与CRISPR/Cas技术培育的低麦胶蛋白小麦在干旱胁迫下的应激响应机制研究

为解决乳糜泻(CD)患者对小麦麦胶蛋白(gliadin)的免疫反应问题，研究人员通过RNAi和CRISPR/Cas技术创制低麦胶蛋白小麦品系，评估其在花后干旱胁迫下的基因表达与蛋白积累特征。研究发现低麦胶蛋白品系维持了抗氧化酶(CAT/GPX)和渗透调节基因(P5CR/GolS1)的高表达，且麦胶蛋白含量在干旱下保持稳定，为培育抗逆低致敏小麦提供了新策略。

　　

小麦作为全球主要粮食作物，其麦胶蛋白(gliadin)引发的乳糜泻(CD)和非乳糜泻小麦敏感症(NCWS)问题日益突出。传统无麸质饮食存在营养缺陷，而育种手段难以完全消除致敏蛋白。与此同时，气候变化导致的地中海地区干旱频发，严重影响小麦产量和品质。在此背景下，中国科学院的科研团队在《Plant Stress》发表研究，通过RNA干扰(RNAi)和CRISPR/Cas9基因编辑技术创制低麦胶蛋白小麦，系统评估其在花后干旱胁迫下的分子响应机制与品质稳定性。

研究采用RT-qPCR分析抗氧化基因(CAT、GPX)和渗透调节基因(P5CR、GolS1)表达，结合RP-HPLC定量麦胶蛋白组分。实验材料包括面包小麦CRISPR敲除α-麦胶蛋白品系V730、RNAi沉默品系D793/T258，以及对照品种BW208；硬粒小麦RNAi品系E341和耐旱地方品种Aouija等。设置25%田间持水量(FC)的严重干旱处理，以100% FC为对照。

基因表达差异揭示技术特异性响应
通过比较RNAi和CRISPR品系发现：1) RNAi品系在正常条件下即呈现GPX基因基础高表达，而CRISPR品系V730的CAT表达更接近耐旱品种Aouija；2) 脯氨酸合成关键酶基因P5CR在T258品系中呈现"预激活"现象，控制条件下表达量超越Aouija；3) 半乳糖醇合成酶GolS1在干旱下普遍上调，但RNAi/CRISPR品系变化幅度低于野生型。PCA分析证实P5CR和GolS1是区分基因型的关键变量。

麦胶蛋白稳定性与补偿机制
RP-HPLC结果显示：1) 野生型BW208在干旱下α/γ-麦胶蛋白增幅达145%/84%，而RNAi品系D793仅增长31%/3.5%；2) ω-麦胶蛋白在RNAi品系中保持稳定，不受干旱影响；3) CRISPR品系V730出现ω-麦胶蛋白补偿性增加现象。热图聚类显示RNAi品系在干旱下仍保持与对照相似的麦胶蛋白谱，而野生型则显著改变。

形态与生理适应性
耐旱品种Aouija通过减少旗叶长度(FLL)维持生殖生长，RNAi品系E341在干旱下保持分蘖数(NT)稳定。面包小麦中，CRISPR品系V730表现出茎秆伸长优势，但D793品系分蘖能力显著下降。

结论表明，低麦胶蛋白小麦通过双重机制应对干旱：1) 激活抗氧化系统(CAT/GPX)和渗透调节途径(P5CR/GolS1)；2) 维持麦胶蛋白沉默效应的稳定性，其中RNAi技术对ω-麦胶蛋白的抑制最为彻底。该研究首次揭示基因编辑技术与干旱响应的互作规律，为培育气候适应型低致敏小麦提供了分子设计策略。讨论部分强调，RNAi可能通过干扰营养储存平衡激活应激通路，而CRISPR的精准编辑特性带来更稳定的转录组响应，这两种技术路径的差异为后续育种提供了选择依据。研究还指出ω-麦胶蛋白在运动诱发过敏(WDEIA)中的潜在风险，建议通过多基因编辑策略进一步优化品质。