小麦是世界上最重要的粮食作物之一，预计到2050年人类对小麦的需求将达到9亿吨。在现代育种中，千粒重已成为提高粮食产量的主要目标性状，而淀粉占小麦籽粒干重的65%~75%，显著影响千粒重和最终的籽粒产量。淀粉合成是由一系列酶基因控制的复杂过程，其中AGPase被认为是调控小麦、水稻和玉米等高等植物淀粉合成速率和效率的关键酶，其活性与籽粒灌浆速率和淀粉含量积累呈正相关。水稻AGPase小亚基（AGPS2）突变导致AGPase活性和胚乳淀粉积累降低，拟南芥AGPase小亚基（APS1）T-DNA插入突变体失去了大部分AGPase活性和淀粉合成能力。虽然有研究表明小麦胞质型AGPase小亚基（TaAGPS）基因的不同等位基因与千粒重相关，但是TaAGPS调控小麦粒重的分子机理研究尚未见报道。

近日，我室刘冬成教授团队联合中南林业科技大学在The Crop Journal在线发表了题为“The 218th amino acid change of Ser to Ala in TaAGPS-7A increases enzyme activity and grain weight in bread wheat”的研究论文，通过第三代测序技术（PacBio RS II）获得了TaAGPS-7A的两种单体型（TaAGPS-7A-TG和TaAGPS-7A-CT），关联分析表明TaAGPS-7A不同单体型与千粒重相关，证明了由于TaAGPS-7A第218个氨基酸由Ser转变为Ala，优异单体型TaAGPS-7A-TG表现出较高的AGPase活性，从而提高了籽粒淀粉含量和粒重。

该研究发现，由于TaAGPS-7A-TG的AGPase活性在体外和体内均高于TaAGPS-7A-CT，近等基因系TaAGPS-7A-TG比TaAGPS-7A-CT具有更高的千粒重和总淀粉含量（图1）。在小麦中过表达TaAGPS-7A-TG使TaAGPS的转录水平翻倍，并使AGPase活性增加55.7%，导致千粒重比野生型（WT）高3.0 g，TaAGPS敲除后使TaAGPS的表达、AGPase活性和千粒重均显著低于WT（图2）。该研究揭示了TaAGPS调控小麦千粒重的分子机制，为利用TaAGPS基因进行小麦产量改良提供了理论依据。

图1 TaAGPS::MBP融合蛋白的诱导纯化及体内外AGPase活性比较

图2 转基因小麦TKW、TaAGPS表达量和AGPase活性的变化

中南林业科技大学马晓玲博士为该文第一作者，河北农业大学刘冬成教授和张爱民教授为共同通讯作者，湖南杂交水稻研究中心欧阳翔博士参与了该项工作。该研究得到国家自然科学基金项目（31871617和 32172066）和湖南省教育厅科学研究项目（20B615）的资助。