约翰英尼斯中心的研究人员发现了一种对种子生产具有深远影响的基因。基因编辑技术有助于识别和解释小麦中的关键基因 ZIP4，该基因负责维持这种全球作物 50% 的产量。

这一发现提供了一个令人兴奋的新机会，可以使用该基因的新突变来培育高产优质小麦品种，同时还允许引入至关重要的性状，例如耐热性和抗病性。

在这项发表在《 科学报告》上的研究中，格雷厄姆·摩尔教授的研究小组利用小麦研究技术的最新发展来解释困扰科学家 60 多年的遗传因素。

“我们的研究描述了 ZIP4 基因及其表型的鉴定，该基因负责保存小麦中 50% 的谷物。我们现在可以致力于鉴定该基因的变体，这些变体具有使小麦产量能够适应气候变化的影响，”教授说。摩尔。

开发能够抵御气候变化的小麦将有助于确保 25 亿人赖以生存的作物。

许多植物物种包括大多数开花植物都是多倍体，这意味着它们具有多个基因组。大约 10,000 年前在中东，多倍体小麦基因组由杂交受精的野草组合进化而来。

在这个被称为多倍体化的过程中，通过进化来控制这些多个基因组在减数分裂(细胞内的有性生殖阶段)的行为的机制来保持生育能力。

在小麦多倍化过程中，主要减数分裂基因 ZIP4 从 3 号染色体复制到 5B 号染色体。

先前的研究表明，复制基因在减数分裂期间稳定小麦基因组方面发挥着两个关键功能：促进忠实的染色体配对，以及抑制相关染色体之间的交叉。

60 多年来，人们认为抑制功能是基因组稳定性和谷物产量的原因，因此决定了育种决策。

Moore 小组的研究人员使用 CRISPR-Cas9 基因组编辑技术创建了一种突变植物，其中 ZIP4 5B 基因已被删除，导致其功能丧失。这种突变产生的谷物减少了 50%，证实了 ZIP4 5B 在小麦生育中的关键作用。

接下来，他们生成了一种新的“功能分离”ZIP4 5B 突变植物，该植物已经失去了交叉抑制表型，但仍保留了促进正确配对的能力。

令人兴奋的是，在功能分离 ZIP4 5B 突变小麦中的“促进正确配对”表型，保持了染色体稳定性和谷物数量的保存。

结果表明，令人惊讶的是，当保留其他功能时，交叉抑制表型的丧失并没有降低小麦的生育力。

Moore 教授补充说：“直到现在，这种第二种表型对保持谷物数量的重要性还不清楚。我们的研究表明，现在应该在小麦育种中使用这种新的突变体来保持产量，因为它没有抑制功能，以增加将理想的野生相关染色体片段成功渗入小麦的机会。”

减数分裂是一种受温度升高影响的功能。研究的重点是寻找在不同温度条件下保持减数分裂稳定性和生育力的 ZIP4 基因变异。

该研究的第一作者 Azahara Martin 博士说：“多倍化后 ZIP4 基因从 3 号染色体复制到 5B 号染色体可能对农业和人类营养产生了非凡的影响。这项研究中描述的功能突变体的分离将导致在育种中更成功的基因渗入。”