科学探索|这一发现与袁隆平的“禾下乘凉梦”不谋而合( 二 ) 这一发现与袁隆平的“禾下乘

“这时候我们实际上发现了这个基因所在的大致位置。”严六零说。进一步研究锁定了该基因。由于该基因是与开花时间基因CONSTANS密切相关的转录调控因子，与植物中的COL5基因同源，因此将其命名为TaCOL-B5 。
为验证其功能，该团队在扬麦18上过表达显性等位基因TaCol-B5后，获得4个独立的转化植株，并在温室和田间条件下进行种植。结果发现，该基因的过表达能够增加穗数（即分蘖数）、小穗数和穗长，对小麦单株生产力有显著促进作用。
“值得注意的是，粒数增加对种子大小没有产生负面影响，这表明打破产量影响因素之间的负相关是可能的。”范·埃斯指出。而严六零认为这既属于“研究的初衷”，也是“目标的实现” 。
论文共同第一作者、南京农业大学教授贾海燕参加了基因的克隆和对基因功能的验证工作。结果显示，扬麦18的4个TaCol-B5过表达株系比对照组的产量平均增长了11.9%，增产效果最为显著的一个株系产量提高19.8% 。
“潜在的单产增长约为 12%，是一个飞跃。”范·埃斯说。
【科学探索|这一发现与袁隆平的“禾下乘凉梦”不谋而合】不仅如此，该团队又通过基因编辑技术对Tacol-B5功能域进行碱基敲除。结果发现，基因编辑株系与对照相比表现出了开花期延迟和株高降低的特性，该表型进一步验证了TaCol-B5的功能。
论文共同第一作者、中国农业科学院作物科学研究所副研究员李甜参与了对 TaCOL-B5蛋白功能机制的详细分析。他们发现，TaCol-B5受到丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶TaK4的磷酸化而激活。这是首次发现TaK4磷酸激酶能够调节穗部发育和产量性状。
“根据蛋白保守结构域的功能分析，我们推测TaCOL-B5通过不同的保守结构域调节开花时间和株高等多种性状。”李甜说。
更加高产的理想株型
既然TaCol-B5是通过自然突变产生的显性等位基因，那么在栽培小麦中哪些现代小麦品种拥有这一基因呢？
李甜告诉《中国科学报》，他们对中国国家作物种质库保存的1551份小麦材料进行了测试，这些材料来自于中国农家种、中国现代育成品种、北美（美国和加拿大）品种、欧洲（16国）品种、前苏联品种、澳大利亚品种和国际玉米小麦改良中心品种等。
结果显示，仅有29份材料含有TaCol-B5基因，不足总数的2% 。其中，被测试的157份中国农家种均不含有该基因，而346份中国现代育成品种中有4份含有该基因，分别是中优9507、宁8343、陇东1号、宁87N2801 。
“尽管该等位基因在目前世界范围内种植的普通小麦品种中出现频率非常低，但这依然可以为育种家提供良好的天然的高产育种材料。”
严六零说，该基因非常古老，存在于四倍体小麦中，并与增加株高相关。在上世纪五六十年代的绿色革命过程中，人们追求降低作物的株高。所以该基因可能在追求矮化株型预防倒伏的筛选中遗失了。
在实验中，贾海燕观察到，携带TaCol-B5基因的植株明显高大。“这引起了我们对小麦理想株型的重新思考。”
严六零也说，植株太矮也许限制了产量的突破。这与袁隆平院士的“禾下乘凉梦”不谋而合。
水稻和小麦都属于禾本科作物。严六零说，这一新基因或许可为其他作物的增产研究提供有益的借鉴。
范·埃斯强调，测试 TaCol-B5 基因在多种环境以及其他遗传背景中生长的小麦中的影响，以更准确地评估潜在的产量增加是很重要的。此外，这些结果可能适用于其他主要谷类作物，如水稻、大麦和黑麦。
相关论文信息：
https：//doi.org/10.1126/science.abm0717