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提升小麥產量的基因TaCOL-B5

 

圖片來源：維基百科

要增加穀類作物的產量，就要讓它們能多結些果實。以小麥來說，決定產量有三個因素：每單位土地面積的穗數、每穗粒數和粒重。如果能讓麥穗多長些小穗、每個小穗多長幾粒小麥，而每粒小麥的重量仍維持原來的大小，這樣就可以有效提升產量。但是，到底是什麼基因控制麥穗的分檗，到目前仍屬未知。

最近有研究團隊以數量性狀基因座（QTL，quantitative trait loci）分析的方式，找到了提升小麥產量的方法。他們先以兩個不同的小麥品系：CItr 17600與Yangmai18進行雜交。這兩個品系的小麥其麥穗的型態有很大的不同。針對雜交第二代進行分析後顯示，位於染色體7B上有個數量性狀基因座極可能與麥穗的型態有關。

接著研究團隊深入分析這個數量性狀基因座，將範圍縮小到只含有兩個基因的一小段染色體上。進一步的分析顯示，其中的TraesCS7B02G400600可能就是目標基因。

進行分析後發現，這個基因長得像CONSTANS，於是便命名為TaCOL-B5。研究團隊發現，來自CItr 17600的這個基因是顯性（TaCol-B5），而來自Yangmai18則為隱性（Tacol-B5）。高量表現TaCol-B5會使小麥在溫室中每穗多長3.5個小穗，這使得每穗多結出3.4顆小麥。另外，高量表現的小麥每株也多長1.3穗。田間試驗也發現過量表現TaCol-B5會使小麥多長2.4個小穗，多結出更多麥粒，提升產量11.9%。另外TaCol-B5也讓小麥更早抽穗，也長得比較高。

分析這兩個品系的TaCol-B5基因發現，在兩品系的同一基因上有三個胺基酸不同：Phe243/Leu243， Ser269/Gly269， 以及 Ala338/Thr338 （顯性/隱性）。接著研究團隊找到了TaK4這個基因與TaCol-B5以及Tacol-B5有互動。TaK4是個絲胺酸/蘇胺酸激酶（serine/threonine kinase），其中TaCol-B5/Tacol-B5的第269個胺基酸造成TaK4對它們的磷酸化發生差異。

所以TaCOL-B5這個基因可能是透過被TaK4磷酸化，來調節小麥的分檗數與抽穗時間。研究團隊分析了1657個品系的小麥，發現只有33個帶有TaCol-B5基因。未來可望藉由基因編輯技術，將TaCol-B5導入更多小麥品系，提升小麥的產量。

參考文獻：

XIAOYU ZHANG et. al., TaCol-B5 modifies spike architecture and enhances grain yield in wheat. Science. DOI: 10.1126/science.abm0717

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