《Plant Biotechnology Journal》：Post-Translational Control of TaFT1 by WAPO1 Ubiquitination Shapes Spike Architecture and Yield in Wheat
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成花素蛋白TaFT1协同调控小麦抽穗期与单穗小穗数（spikelet number per spike, SNS），是决定产量的关键因子，但其蛋白在茎尖分生组织中的翻译后稳态调控机制尚不明确。研究人员鉴定到F-box家族蛋白WHEAT ORTHOLOG OF
成花素蛋白TaFT1协同调控小麦抽穗期与单穗小穗数（spikelet number per spike, SNS），是决定产量的关键因子，但其蛋白在茎尖分生组织中的翻译后稳态调控机制尚不明确。研究人员鉴定到F-box家族蛋白WHEAT ORTHOLOG OF APO1（WAPO1）为该过程的核心调控因子，该位点对应已报道的主效SNS数量性状位点（quantitative trait locus, QTL）QSns.cau-7A。研究发现WAPO1可直接作为泛素E3连接酶靶向TaFT1并促进其降解。WAPO1的F-box结构域中存在一个关键错义突变（C47F），显著影响SNS表型。优异等位变异WAPO-A1b（源自大穗种质AS420，编码47位苯丙氨酸）相较于普通等位变异WAPO-A1f（源自栽培品种Lunxuan987，编码47位半胱氨酸），对TaFT1具有更强的结合亲和力与泛素化活性。在茎尖分生组织中，WAPO-A1b通过增强TaFT1降解，削弱TaFT1与TaFDL转录复合物的形成，进而下调花器官特性基因VRN1/WAP1的表达，最终在不延迟抽穗的前提下增加SNS。群体遗传学分析表明，优异等位变异WAPO-A1b在现代育种过程中受到正向选择，田间试验证实其异位激活可显著提升小麦籽粒产量。该研究阐明了精细调控小麦穗部结构的翻译后修饰通路，确立了WAPO-A1b作为高产育种的重要遗传靶点。
研究背景
小麦是全球核心粮食作物，持续提高产量是保障粮食安全的关键。单穗粒数（grain number per spike, GNS）由单穗小穗数（SNS）和小花育性共同决定，是遗传改良的重点靶标。已知TaFT1作为成花素，整合春化与光周期信号，同步调控抽穗期与SNS，其转录调控机制已较明确，但其在茎尖分生组织（shoot apical meristem, SAM）中的翻译后修饰机制及其能否实现抽穗期与SNS的解耦尚不清楚。同时，主效QTL位点WAPO1虽被证实调控SNS，但其分子功能及作用机制尚未解析。
关键技术方法
研究构建了大穗种质AS420与栽培品种Lunxuan987的重组自交系（recombinant inbred line, RIL）群体，通过多年多点表型鉴定进行QTL定位与图位克隆；利用酵母双杂交筛选互作蛋白，结合双分子荧光互补（bimolecular fluorescence complementation, BiFC）、荧光素酶互补成像（split-luciferase complementation imaging, LCI）及免疫共沉淀（co-immunoprecipitation, Co-IP）验证蛋白互作；通过体外泛素化实验、免疫金标记及蛋白酶体抑制剂处理明确蛋白降解途径；创制过表达及基因编辑突变体材料，结合原位杂交与田间试验评估农艺性状。
研究结果
2.1 图位克隆确定WAPO1为SNS调控基因
研究人员利用包含237个F6家系的RIL群体，在7AL染色体定位到一个稳定主效QTL QSns.cau-7A，经精细定位将其缩小至225.4 kb区间，确定WAPO1（TraesCS7A02G481600）为候选基因。
2.2 WAPO1等位变异与SNS及多效性性状关联
测序发现WAPO1存在启动子缺失与编码区G140T突变，导致F-box结构域第47位氨基酸由半胱氨酸变为苯丙氨酸（C47F）。表达分析显示启动子变异未引起显著表达差异，而G140T多态性与不同环境下的SNS差异显著相关，且该位点兼具株高与穗长的多效性。
2.3 WAPO1以等位特异性亲和力物理结合TaFT1
研究人员证实WAPO1定位于细胞核，并通过多种生化手段验证了WAPO1与TaFT1的直接互作。进一步发现，携带47F的WAPO-A1b与TaFT1的结合能力显著强于携带47C的WAPO-A1f。
2.4 WAPO1以等位特异性方式促进TaFT1降解
体内外实验表明，WAPO1通过26S蛋白酶体途径介导TaFT1降解。过表达WAPO-A1b导致TaFT1蛋白积累量降至野生型的10%，而敲除WAPO1则使其升至野生型的4.8倍。亚细胞水平免疫电镜结果显示，WAPO-A1b比WAPO-A1f具有更强的促降解活性。
2.5 WAPO1介导TaFT1泛素化降解
体外与体内泛素化实验证实，WAPO1具有E3泛素连接酶活性，可直接催化TaFT1发生多聚泛素化，为其通过蛋白酶体降解提供分子标记。
2.6 WAPO1介导TaFT1在C41和K44位点的泛素化
研究人员鉴定到TaFT1的第41位半胱氨酸（非经典位点）和第44位赖氨酸（经典位点）为WAPO1的泛素化修饰位点。双位点突变显著抑制了泛素化修饰及随后的蛋白降解。
2.7 WAPO-A1b通过破坏TaFT1–TaFDL复合物抑制VRN1/WAP1表达
研究表明，WAPO1介导的TaFT1降解削弱了TaFT1与转录因子TaFDL的互作，从而抑制下游花器官特性基因VRN1/WAP1的转录激活。近等基因系原位杂交证实，携带WAPO-A1b的材料中VRN1/WAP1表达量显著降低。
2.8 WAPO1过表达提升田间小麦产量
田间试验显示，过表达WAPO-A1b显著增加了SNS、穗长及单穗粒重，最终提升了小区产量；而WAPO1功能缺失突变体则表现出相反的减产表型。
2.9 自然WAPO-A1b等位变异的育种潜力
群体分析表明，WAPO-A1b起源于二倍体小麦，在现代育种中受到正向选择，且在长日照地区分布频率较高。近等基因系田间试验证实，WAPO-A1b可使单穗粒重增加11.38%，小区产量提升4.8%。
讨论与结论
该研究首次揭示了小麦中保守的F-box蛋白WAPO1通过直接介导成花素TaFT1的泛素化降解来调控穗型的新机制。研究明确了C47F自然变异通过改变蛋白结合亲和力来微调这一降解过程，从而实现了抽穗期不延迟前提下的SNS增加。这修正了以往关于WAPO1仅通过转录调控发挥功能的认知，并发现了TaFT1存在半胱氨酸（C41）这一非经典泛素化位点。该机制区别于拟南芥中UFO蛋白作为转录共因子的功能，丰富了植物F-box蛋白的作用模型。研究开发的基于G140T的功能标记可用于分子标记辅助选择，WAPO-A1b等位变异为提高小麦产量提供了重要的基因资源，对高产育种具有重要指导意义。
