小麦TaWOX14基因功能解析：提升遗传转化与单倍体诱导效率的关键靶点

本研究针对小麦遗传转化效率低下的瓶颈问题，系统解析了WUSCHEL-related homeobox(WOX)家族基因TaWOX14的功能。研究人员通过农杆菌介导的遗传转化和CRISPR-Cas9基因编辑技术，发现TaWOX14过表达可显著提高小麦未成熟胚的再生效率（Fielder品种达79.2%）和编辑效率（从43.3%提升至64.3%），同时鉴定出磷脂酶D基因TaPLD可能参与单倍体诱导。该成果为小麦分子育种提供了新工具，发表于《Plant Cell Reports》。

　　

在作物育种领域，遗传转化和基因编辑技术是加速品种改良的利器，但小麦等主粮作物的转化效率长期受限于组织再生能力。尽管前人发现WUSCHEL-related homeobox(WOX)基因家族成员TaWOX11能提升转化效率，但该家族其他基因的功能仍属空白。更棘手的是，六倍体小麦的基因组复杂性使得单倍体育种技术发展滞后于玉米等二倍体作物。

中国农业科学院作物科学研究所的研究人员瞄准这两个关键问题，对WOX家族中的WUS分支基因展开系统性研究。通过定量PCR分析发现，TaWOX14与已知的TaWOX11具有相似的根系高表达模式，暗示其可能参与再生调控。研究人员构建了包含TaWOX1/4/5/9/10/13/14的过表达载体，以未成熟胚为材料进行农杆菌介导的转化实验。令人振奋的是，TaWOX14过表达使Fielder、Kenong199等品种的转化效率最高提升至72.7%，且T₂代植株未出现发育缺陷。

为解析机制，研究团队通过qRT-PCR检测发现，TaWOX14能上调TaWOX11、TaGRF4-GIF1嵌合体等形态发生调节因子，同时激活细胞分裂素代谢基因TaCKX2/4和生长素响应因子TaARF3/14/15的表达。这种多层次的调控网络解释了其促进再生的分子基础。

在技术创新方面，研究主要采用：1）农杆菌介导的未成熟胚转化体系；2）基于pWMB110载体的基因过表达和CRISPR-Cas9编辑系统；3）流式细胞术和染色体计数进行倍性分析；4）跨物种保守基因比对鉴定TaPLD同源基因。

TaWOX14增强基因编辑效率

将TaWOX14与CRISPR-Cas9系统联用，编辑玉米单倍体诱导基因ZmPLD3的小麦同源基因TaPLD。结果显示，TaWOX14使编辑植株再生率从28.4%提升至77.2%，编辑效率提高21个百分点。这为小麦难转化品种的基因编辑提供了新策略。

TaPLD的潜在单倍体诱导功能

通过序列比对发现小麦中存在TaPLD-1A/1B/1D三个同源基因。编辑植株中出现胚缺失种子和染色体数为24的嵌合体（正常六倍体为42条），其保卫细胞长度和流式细胞仪检测值（FL4峰值50-100）介于单倍体和六倍体之间，暗示TaPLD可能参与染色体分离调控。

这项研究具有双重突破意义：一方面，TaWOX14作为安全高效的辅助因子，可解决小麦转化中的基因型依赖性难题；另一方面，TaPLD的发现为建立小麦双单倍体育种体系提供了新靶点。未来需创制TaPLD纯合突变体，并与已报道的TaMTL突变体组合，以开发更高效的单倍体诱导系统。论文成果为小麦分子设计育种提供了理论支撑和技术工具，对保障粮食安全具有重要战略价值。