项目文章 l 四川农业大学研究团队发现Qc5等位基因提高小麦面包品质的调控机制

普通小麦（Triticum aestivum L.）是一种具有独特加工品质的重要粮食作物。其独特的加工质量来源于小麦种子贮藏蛋白(SSPs)，包括麦胶蛋白和谷氨酸蛋白（即谷蛋白），其中麦胶蛋白可以增强面团的粘性，而谷蛋白可以增强面团的弹性。SSP含量(即籽粒蛋白质含量；GPC)和组成是影响小麦加工质量的关键因素，从而影响小麦价格。因此，阐明介导SSP合成的机制是有必要的。

小麦谷蛋白由高分子量谷蛋白亚基(HMW-GS)和低分子量谷蛋白亚基(LMW-GS)组成，小麦SPA（storage protein activator）蛋白可以激活小麦HMW-GS和LMW-GS相关基因的转录，促进SSP积累。而小麦SPR（storage protein repressor）蛋白，属于NAC家族的TF，可以抑制SSP蛋白积累。

2022年7月，四川农业大学研究团队在International Journal of Molecular Sciences上发表了题为“The Q^c5 Allele Increases Wheat Bread-Making Quality by Regulating SPA and SPR”的研究论文，该研究发现了一个由错义突变产生的新的Q等位基因Q^c5，通过性状分离观察发现单基因座的突变，影响了小麦穗密度和株高等性状，通过酵母双杂交筛选和转录组测序等实验，发现Q^c5可以影响Q蛋白与SPA间的相互作用，并通过抑制SPR表达增加小麦SSP蛋白积累，提高面包品质。

该项目中所用的小麦酵母文库由欧易生物构建。

本研究作者通过对比野生型小麦和普通小麦突变株系R-Cp5-1，发现突变株较野生型小麦矮、穗密度更高，但穗数、粒数、分蘖数没有显著差异。通过F2代分离比以及与S-Cp1-1突变体比较等，发现突变性状是由单基因座Cp5控制的。通过对R-Cp5-1的Q 基因克隆，序列比对和表达分析，发现在miRNA172结合区位点附近存在1个错义突变，产生的新的Q等位基因被命名为Q^c5，且表达量高于野生型中的Q等位基因。对蛋白结构分析发现，相比Q蛋白，Q^c5存在更多的氨基酸残基，可以在改变区域形成一个α-螺旋。

为了确定Q^c5是否影响小麦加工质量，研究者比较了R-Cp5-1和WT的质量相关参数，发现R-Cp5-1的GPC值、湿面筋含量和Zeleny沉降值均高于WT，粒型小于WT，R-Cp5-1的平均面包体积比WT大20%等。

为阐明Q基因对小麦面包品质影响的机制，研究者以Q蛋白为诱饵通过酵母杂交筛选开花后14天小麦种子文库，结果共筛选到6个与Q蛋白互作的转录因子，其中1个为SPA。进一步研究发现，Q^c5与SPA间的相互作用弱于Q蛋白与SPA的互作强度，且Q到Q^c5的突变增强了SPA对LMW-GS基因表达的激活作用。

此外，通过分析R-Cp5-1和 WT的转录组数据，发现SPR表达量在两个样本间存在显著差异，说明Q蛋白通过调节SPR的表达来调控SSP基因的表达，通过qRT-PCR对此进行了验证。

doi：org/10.3390/ijms23147581

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排版人：小久

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