小麦TaNHLP1-A通过ABA信号通路调控分蘖的分子机制及其育种应用价值

本研究揭示了小麦NHL重复蛋白TaNHLP1通过调控ABA信号通路核心组分TaPP2C/TaSnRK2与支架蛋白TaRACK1A的互作网络，介导分蘖芽ABA积累的新机制。研究人员通过图位克隆鉴定到Triticum urartu分蘖抑制突变体tin7的因果基因TuNHLP1，其六倍体小麦同源基因TaNHLP1-A过表达可显著增加分蘖数（+55%）。关键发现包括：1）TaNHLP1与ABA信号核心蛋白TaPP2C-7A/TaSnRK2-1A互作并受其磷酸化调控；2）TaNHLP1招募TaRACK1A至高尔基体改变其亚细胞定位；3）自然变异TaNHLP1-AHap1启动子可提高转录活性。该研究为作物株型改良提供了新靶点，论文发表于《Nature Communications》。

　　

小麦作为全球主要粮食作物，其产量提升对保障粮食安全至关重要。分蘖数作为决定小麦产量的关键农艺性状，既不能过少（降低穗数）也不宜过多（消耗养分），但目前对其分子调控机制的认识仍不完善。虽然已发现tin基因、TNI等调控因子，但ABA（脱落酸）信号通路如何精确调控分蘖的分子机制仍是未解之谜。中国科学院遗传与发育生物学研究所的研究人员通过创新性研究，揭示了NHL重复蛋白介导的ABA信号调控网络，为小麦株型改良提供了新思路。

研究人员运用了以下关键技术：1）EMS诱变结合图位克隆鉴定tin7突变体基因；2）CRISPR/Cas9系统构建六倍体小麦TaNHLP1突变体；3）酵母双杂交筛选互作蛋白；4）Phos-tag凝胶分析磷酸化修饰；5）855份小麦种质资源的单倍型分析。

Map-based cloning of the causal gene underlying low-tiller phenotype

通过EMS诱变获得Triticum urartu分蘖抑制突变体tin7（分蘖数减少55%），图位克隆将目标基因定位在Tu6染色体387kb区间，测序发现TuG1812G0600003205第455位C→A突变导致Thr152Lys氨基酸替换。该基因编码含NHL结构域的β-螺旋桨蛋白，在tin7突变体中表达量显著上调。

TaNHLP1 positively regulates tiller number in wheat

在六倍体小麦中，CRISPR敲除TaNHLP1导致分蘖数减少，而过表达TaNHLP1-A使分蘖数增加20%-55%，证实其正向调控分蘖。原位杂交显示TaNHLP1在分蘖芽和穗部高表达。

TaNHLP1 interacts with TaRACK1A and regulates tillering through ABA signaling

酵母双杂交筛选发现TaNHLP1与ABA信号负调控因子TaRACK1A互作，并改变其亚细胞定位至高尔基体。Tanhlp1突变体分蘖芽ABA含量增加3倍，ABA通路基因TaPYR/PYL/RCAR、TaPP2C等显著上调。外源ABA处理抑制分蘖，而ABA合成抑制剂钨酸钠可部分恢复突变体表型。

TaPP2C-7A directly dephosphorylates TaNHLP1-A phosphorylated by TaSnRK2-1A in vitro

体外实验证明TaSnRK2-1A磷酸化TaNHLP1，而TaPP2C-7A通过结合TaPYL-1D在ABA存在时解除对TaSnRK2的抑制。磷酸化调控影响TaNHLP1蛋白稳定性，形成ABA信号反馈环路。

The NHLP1-RACK1 module is evolutionarily conserved

在水稻和拟南芥中验证OsNHLP1/AtNHLP1a均与RACK1互作并调控分蘖/分枝，表明该模块在单双子叶植物中保守。Osnhlp1a突变体分蘖减少，双突变体Osnhlp1aOsnhlp1b甚至出现不育。

研究结论表明：1）TaNHLP1通过招募TaRACK1A至高尔基体，解除对ABA信号的抑制；2）TaPP2C-7A与TaSnRK2-1A通过磷酸化/去磷酸化动态调控TaNHLP1稳定性；3）自然变异TaNHLP1-A^Hap1在中国小麦育种中被正向选择，使分蘖数增加15%-20%。该研究不仅阐明了ABA信号调控分蘖的新机制，其鉴定的TaNHLP1-A^Hap1等位变异可直接用于分子标记辅助育种，为作物株型改良提供了新策略。