近日，西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院非生物脅迫耐受機理團(tuán)隊在國際知名期刊《The Plant Cell》在線發(fā)表題為“Population Transcriptome and Phenotype Analyses Reveal that Rht-D1b Contributed a Larger Seedling Root to Modern Bread Wheat”的研究成果。農(nóng)學(xué)院王曉明副教授為第一作者，趙鵬博士、青年教師史雪博士、郭效龍博士為共同第一作者，農(nóng)學(xué)院許盛寶教授和作物抗逆與高效生產(chǎn)全國重點實驗室康振生院士為共同通訊作者。

該研究首次在群體水平揭示了綠色革命基因Rht-D1b的“隱藏優(yōu)勢”——在降低小麥株高的同時，顯著增大苗期根系。

研究團(tuán)隊收集了來自全球的406份小麥核心種質(zhì)資源，涵蓋農(nóng)家種、歷史品種、現(xiàn)代栽培種和育種材料，構(gòu)建了大規(guī)模的根系表型-轉(zhuǎn)錄組-基因型數(shù)據(jù)庫。通過對苗期根系的系統(tǒng)鑒定，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代栽培種的根系表面積、體積和直徑顯著大于農(nóng)家種。后續(xù)通過整合栽培種與農(nóng)家種間差異表達(dá)基因鑒定、全轉(zhuǎn)錄組關(guān)聯(lián)分析（TWAS）、全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）、基因表達(dá)量GWAS分析（eQTL）和育種選擇效應(yīng)分析，鑒定出Rht-D1b是驅(qū)動栽培種與農(nóng)家種根系差異的核心因子，其通過增加根系分生區(qū)大小和成熟區(qū)細(xì)胞的長度與寬度，顯著增大小麥苗期根系。

Rht-D1和Rht-B1為同源基因，均編碼赤霉素信號途徑關(guān)鍵負(fù)調(diào)控因子DELLA蛋白，且Rht-D1b與Rht-B1b均在兩基因中相似位置引入提前終止突變，兩者對株高的調(diào)控功能也高度相似。但GWAS分析顯示，Rht-B1b與任何根系性狀均無顯著關(guān)聯(lián)，近等基因系、遺傳分離群體和轉(zhuǎn)基因?qū)嶒炦M(jìn)一步驗證了這一結(jié)果，證實兩者在根系發(fā)育調(diào)控中存在顯著功能分化。

后續(xù)機制解析表明，這種分化源于兩點核心差異：一是Rht-D1b在根系中對赤霉素的敏感性顯著低于Rht-B1b；二是兩者調(diào)控的下游基因集合差異極大，Rht-D1b特異調(diào)控“根分生區(qū)發(fā)育”“細(xì)胞周期”等通路基因，而Rht-B1b主要影響“活性氧代謝”“赤霉素響應(yīng)”相關(guān)基因。