西北农林科技大学康振生/毛虎德团队利用CRISPR/Cas9技术创制抗旱小麦新材料

干旱、半干旱地区小麦种植面积占我国小麦总种植面积的60%以上，干旱缺水始终是制约我国旱区小麦生产的主要非生物逆境因子，并随着气候条件的变化而不断加剧。因此，改良小麦抗旱性，培育抗旱新品种对于提升我国旱区农业生产潜力，保障国家粮食安全具有重要意义。

2023年10月16日，西北农林科技大学康振生院士和毛虎德研究员团队在Journal of Genetics and Genomics在线发表题为“Improvement of wheat drought tolerance through editing of TaATX4by CRISPR/Cas9”的研究论文。该研究利用CRISPR/Cas9基因编辑技术创制了TaATX4基因敲除的抗旱小麦材料，为小麦抗旱遗传改良提供新思路。

该研究发现一个核定位的组蛋白甲基转移酶TaATX4，其在小麦干旱胁迫应答中作为ABA信号的负调节因子发挥作用。ABA和水分亏缺均可诱导TaATX4基因表达。在拟南芥atx4和atx5突变体中异源表达TaATX4发现，TaATX4可部分互补atx4突变体表型。进一步通过CRISPR/Cas9对小麦TaATX4基因进行编辑，获得了对ABA敏感且抗旱性显著提升的基因编辑株系。此外，研究表明TaATX4在小麦H3K4me2和H3K4me3组蛋白甲基化修饰中发挥重要作用。通过对TaATX4编辑株系转录组测序分析发现，TaATX4可调控ABA和干旱胁迫应答基因表达，进而调控小麦抗旱性。

TaATX4基因编辑改良小麦抗旱性

A–B: CRISPR/Cas9载体构建示意图；C–D: CRISPR/Cas9介导的TaATX4部分同源基因突变；E–F: 外源ABA处理下对照材料科农199 (KN199)和TaATX4基因敲除小麦株系种子萌发情况；G–H: KN199和TaATX4基因敲除株系抗旱性鉴定。

综上所述，该研究为利用基因编辑提高小麦抗旱性提供了重要基因资源的实践方案，同时也为小麦抗旱改良提供了有价值的种质资源。

西北农林科技大学硕士研究生王忠雪为该论文第一作者，毛虎德研究员为通讯作者，康振生院士参与指导该项研究。相关工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。