小麦TaSG-D1–TaGAMyb信号模块调控籽粒重量的分子机制与育种潜力

这篇研究揭示了小麦籽粒发育的关键调控机制：TaSG-D1（STKc-GSK3激酶）通过磷酸化稳定转录因子TaGAMyb，激活细胞分裂素降解基因TaCKX2.2.1的表达，从而负调控籽粒大小。该发现为作物高产育种提供了新靶点（CRISPR编辑TaGAMyb可使千粒重提升14.5%），并解析了激酶-转录因子-激素通路的级联调控网络。

　　

TaSG-D1负调控小麦籽粒大小
前期研究发现TaSG-D1^E286K突变体因蛋白稳定性增强导致籽粒缩小（千粒重降低37.3%）。本研究通过CRISPR构建TaSG-D1三突变体，其籽粒长度、宽度和千粒重分别增加8.4%、8.2%和14.5%。扫描电镜显示突变体果皮细胞长度显著增加，而10-DAP籽粒横切面显示胚乳面积扩大。

TaSG-D1与TaGAMyb的互作与磷酸化
酵母双杂交（Y2H）和免疫共沉淀（Co-IP）证实TaSG-D1/TaSG-D1^E286K与转录因子TaGAMyb直接结合。荧光互补实验（LCI）显示E286K突变使互作强度提升3.2倍。体外磷酸化实验发现TaSG-D1^E286K对TaGAMyb的磷酸化效率更高，质谱鉴定出11个磷酸化位点（包括Ser21/Thr100等）。

磷酸化调控TaGAMyb蛋白稳定性
将TaGAMyb的11个磷酸化位点突变为丙氨酸（TaGAMyb^A）后，其降解速率加快；而模拟磷酸化的天冬氨酸突变体（TaGAMyb^D）稳定性增强。细胞降解实验表明，TaSG-D1^E286K过表达系中TaGAMyb半衰期延长2.1倍，而敲除系中降解加速。

TaGAMyb的生物学功能解析
原位杂交显示TaGAMyb在10-DAP籽粒的胚乳、珠心突起等区域高表达。CRISPR构建的双突变体（aabb/aadd）籽粒增大，但三突变体因花药缺陷完全不育。过表达TaGAMyb导致籽粒长度减少15.2%，千粒重下降37.3%，胚乳面积缩减28.6%。

下游靶基因TaCKX2.2.1的调控机制
RNA-seq发现TaGAMyb直接激活细胞分裂素降解酶基因TaCKX2.2.1的表达。在TaGAMyb敲除系中，15-DAP籽粒的TaCKX2.2.1表达量降低，活性细胞分裂素水平升高，最终促进细胞分裂和籽粒膨大。

该研究首次阐明TaSG-D1–TaGAMyb–TaCKX2.2.1模块通过激素稳态调控小麦籽粒发育的分子路径，为高产育种提供了TaGAMyb磷酸化位点编辑等精准策略。