《The Crop Journal》：Jasmonic acid negatively regulates wheat grain filling by affecting assimilate transport and starch biosynthesis
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本研究系统揭示了茉莉酸（JA）作为负向调控因子影响小麦籽粒灌浆的新机制。通过多品种比较、强弱粒分析、源库关系调控及外源JA处理等实验，发现JA通过抑制茎秆果聚糖动员和蔗糖合成，减少向籽粒的碳分配；同时降低籽粒中蔗糖卸载关键酶（CWI、SAI）及淀粉合成酶（AGPase、GBSS、SBE）活性，最终限制淀粉积累与粒重。该研究为作物产量调控提供了新的激素靶点，对小麦高产育种具有重要指导意义。
小麦作为全球主要粮食作物，其产量提升对保障粮食安全至关重要。籽粒重量是决定小麦产量的关键因素，而灌浆效率直接影响粒重形成。这一过程依赖于源（光合器官）与库（籽粒）之间的动态协调及同化物的高效分配。植物激素在调控籽粒发育与灌浆中发挥核心作用，如细胞分裂素促进胚乳细胞分裂，脱落酸（ABA）增强碳水化合物向籽粒的输入。然而，茉莉酸（JA）——一种在植物生长、胁迫响应及资源分配中具有重要功能的脂类衍生激素——在小麦籽粒灌浆中的作用尚不明确。前期研究表明，谷物籽粒中内源JA水平在花后通常下降，但其在灌浆期的具体调控机制缺乏系统研究。
本研究发表于《The Crop Journal》，通过田间试验结合生理生化分析，首次揭示JA负向调控小麦籽粒灌浆的生理与分子机制。研究人员选取不同粒重的小麦品种（如高粒重品种Shuangda 1和低粒重品种Xinong 538），比较同一穗中强势粒（SG）与弱势粒（IG）的差异，并通过去除强势粒（源库调控）及外源喷施JA与其生物合成抑制剂DIECA，系统探讨JA对灌浆过程的影响。
关键技术方法
研究采用多年度田间试验（2016–2021），通过转录组测序（RNA-seq）分析SG与IG的基因表达差异；利用超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）定量JA与JA-异亮氨酸（JA-Ile）含量；通过酶活检测试剂盒测定蔗糖代谢（SS、SAI、CWI、Lev、1-SST）与淀粉合成（AGPase、SSS、GBSS、SBE）关键酶活性；结合碳水化合物含量测定（HPLC、蒽酮法）及荧光示踪技术（CFDA标记）解析同化物运输动态。
3.1 籽粒灌浆特性因品种和粒位而异
高粒重品种（HGW）的籽粒长度、宽度及重量均显著高于低粒重品种（LGW），且强势粒（SG）的灌浆速率和最终粒重明显高于弱势粒（IG）。淀粉含量在成熟期呈现相同趋势，表明粒重差异主要源于灌浆效率而非灌浆持续时间。
3.2 JA作为籽粒灌浆的负调控因子
转录组分析显示，IG中JA生物合成途径关键基因（LOX、AOS、AOC、OPR、ACX）显著上调，伴随JA含量升高。相关性分析表明，籽粒JA水平与粒长、粒宽、粒重、最大灌浆速率、平均灌浆速率及淀粉含量均呈负相关，证实JA对灌浆的抑制作用。
3.3 强势粒去除通过降低JA水平促进弱势粒灌浆
去除SG后，IG的籽粒尺寸、重量及灌浆速率显著提升，同时JA生物合成基因表达与JA含量下降，进一步验证JA对灌浆的负调控作用。
3.4 外源JA抑制籽粒灌浆
外源JA处理提高籽粒内源JA水平，导致籽粒变小、粒重降低，灌浆速率下降；而DIECA处理则呈现相反效应。JA含量与灌浆参数均呈负相关，明确JA对灌浆的直接抑制效应。
3.5 JA减少同化物向籽粒运输
JA处理增加干物质向茎秆的分配，提高茎秆果聚糖含量，但降低蔗糖可用性。酶活分析显示，JA抑制蔗糖合成酶（SS）和levanase（Lev）活性，同时增强可溶性酸性转化酶（SAI）和蔗糖:蔗糖1-果糖基转移酶（1-SST）活性，促进碳在营养组织的滞留。荧光示踪实验直接证实JA减弱茎秆向籽粒的同化物运输。
3.6 JA抑制籽粒淀粉生物合成
JA处理降低籽粒中葡萄糖、果糖和蔗糖含量，抑制蔗糖卸载酶（CWI、SAI）活性，并显著下调淀粉合成关键酶（AGPase、GBSS、SBE）的活性，导致淀粉积累速率减缓。
结论与意义
本研究阐明JA通过双重途径限制小麦籽粒灌浆：在源端，JA促进同化物在茎秆的滞留，减少向籽粒的碳分配；在库端，JA抑制蔗糖卸载与淀粉合成酶活性，降低籽粒灌浆速率与最终粒重。该发现不仅深化了对植物激素调控作物产量形成的理解，还为通过调控JA代谢通路（如利用特异性抑制剂或基因编辑技术）提高小麦灌浆效率及产量潜力提供了新策略。研究结果强调，靶向JA信号通路可能成为未来高产育种的重要方向，尤其在优化源库关系与抗逆性协同调控方面具有应用前景。
