小麥乙烯響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子基因 wfzp突變體穎果發(fā)育的研究

冉莉萍，夏敏潔，姚慧慧，余徐潤(rùn)，陳 剛，熊 飛

(1.揚(yáng)州大學(xué)廣陵學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225000； 2.江蘇省作物遺傳生理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育點(diǎn)/糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心/揚(yáng)州大學(xué)教育部農(nóng)業(yè)與農(nóng)場(chǎng)品安全國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，江蘇揚(yáng)州 225009)

小麥穎果由果皮、胚、胚乳三大部分組成，它們的發(fā)育彼此不同卻又密切關(guān)聯(lián)，共同影響穎果的發(fā)育[1]。胚乳為穎果的主要部分，占穎果總重量的85%以上，其主要成分是淀粉和蛋白質(zhì)，分別積累在淀粉體和蛋白體中，淀粉體和蛋白質(zhì)的發(fā)育狀況直接影響小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)[2]。Brown等[3]研究發(fā)現(xiàn)，在小麥穎果的發(fā)育過(guò)程中，胚乳細(xì)胞呈現(xiàn)數(shù)目增加、細(xì)胞體積增大以及淀粉體和蛋白質(zhì)體充實(shí)等現(xiàn)象。

小麥葉片光合作用制造的光合產(chǎn)物由莖進(jìn)入小穂軸，最后由母體養(yǎng)分運(yùn)輸組織(包括果皮維管束、合點(diǎn)、珠心突起傳遞細(xì)胞)和子代養(yǎng)分運(yùn)輸組織(包括傳遞細(xì)胞、胚乳輸導(dǎo)細(xì)胞和糊粉層)運(yùn)輸至胚乳中[1]。研究表明，隨著穎果的發(fā)育和胚乳的灌漿充實(shí)，維管束附近的珠被和部分珠心組織分化形成合點(diǎn)-珠心突起-珠心突起傳遞細(xì)胞；而胚乳表層細(xì)胞則分化為糊粉層、糊粉層傳遞細(xì)胞和胚乳傳遞細(xì)胞[4]。王慧慧等[5]和王 兵等[4]利用光鏡和透射電鏡觀察相結(jié)合，系統(tǒng)地追蹤了穎果發(fā)育過(guò)程中養(yǎng)分運(yùn)輸組織的結(jié)構(gòu)變化；Radchuk等[6]研究發(fā)現(xiàn)，Jekyll基因編碼的一種特殊蛋白在珠心突起細(xì)胞的形態(tài)建成過(guò)程中起決定性的作用；Yu等[7]也證實(shí)了糊粉層傳遞細(xì)胞和胚乳傳遞細(xì)胞具有吸收和運(yùn)輸養(yǎng)分的功能。

乙烯響應(yīng)因子(ERF)是植物中特有的一類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子，是AP2/ERF超家族中的1個(gè)亞族，其內(nèi)部含有1個(gè)AP2結(jié)構(gòu)域。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，AP2/ERF家族成員參與糧食作物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程。如OsERF基因與水稻胚乳糊粉層中特異表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子OsNF-YB1發(fā)生互作，對(duì)調(diào)控籽粒灌漿和胚乳發(fā)育有重要作用[8]；OsEATB基因能夠降低成熟期水稻的株高和穂長(zhǎng)，增加小穂的分枝數(shù)，從而提高糧食產(chǎn)量[9]；OsAP2基因的過(guò)表達(dá)能夠提高水稻的籽粒填充率和籽粒產(chǎn)量[10]；轉(zhuǎn)錄因子OsEBP-89和RSR1對(duì)胚乳細(xì)胞中淀粉的含量、結(jié)構(gòu)、淀粉顆粒形態(tài)等特性有重要作用[11-12]。Li等[13]發(fā)現(xiàn)，ERF類(lèi)轉(zhuǎn)錄因子ZmEREB94調(diào)控玉米籽粒淀粉合成相關(guān)基因的表達(dá)。Liu等[14]和高 天等[15]分別發(fā)現(xiàn)，AP2/ERF家族中的成員TaRSR1和TaERF1a基因與灌漿期小麥籽粒淀粉的合成密切相關(guān)，其表達(dá)水平高低會(huì)直接影響淀粉的含量。

小麥WFZP基因編碼的是一類(lèi)ERF，該基因的功能缺失會(huì)引起小麥幼穂護(hù)潁原基與外稃原基之間產(chǎn)生側(cè)生組織原基，并進(jìn)一步發(fā)育成側(cè)小穂，從而提高穂粒數(shù)[16]。Li等[17]研究發(fā)現(xiàn)，小麥WFZP基因突變后可以直接或間接地調(diào)控花序分生組織的活性和小穗數(shù)；同時(shí)汪 瑩等[23]還發(fā)現(xiàn)WFZP基因通過(guò)影響TaGW5和TaGW8等基因的表達(dá)來(lái)調(diào)控細(xì)胞分裂，從而影響粒寬。小麥穂的發(fā)育與穂小花數(shù)、籽粒結(jié)實(shí)率、同化物分配、碳水化合物的代謝等密切相關(guān)[18]。目前，小麥WFZP基因已被克隆，其在小麥穗發(fā)育調(diào)控中的重要功能已得到解析，然而關(guān)于WFZP基因突變后對(duì)小麥穎果發(fā)育影響的報(bào)道很少。因此，本研究利用EMS誘變的小麥wfzp基因突變體為材料，系統(tǒng)分析該突變體小麥穎果發(fā)育過(guò)程中形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化，以期深入了解WFZP基因在小麥穎果發(fā)育中的功能，為小麥EMS誘變育種提供了形態(tài)學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究采用的兩個(gè)突變體材料由煙臺(tái)吉恩生物科技有限公司提供，為栽培小麥品種濟(jì)麥22 EMS誘變后選出的株系，經(jīng)M5代篩選鑒定獲得的穩(wěn)定遺傳純合突變系。其中，純合突變體1是2B染色體103196377位點(diǎn)的C堿基突變?yōu)門(mén)堿基(命名為wfzp1)，純合突變體2是2A染色體66849157位點(diǎn)的C堿基突變?yōu)門(mén)堿基(命名為wfzp2)。野生型小麥品種濟(jì)麥22為本試驗(yàn)對(duì)照株系。小麥于2019-2020年度種植在江蘇省作物栽培生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)田中，小麥生長(zhǎng)期間進(jìn)行常規(guī)管理，保證肥水充足，于開(kāi)花期采用記號(hào)筆點(diǎn)穎與植株掛牌相結(jié)合的方法正確標(biāo)記開(kāi)花日期。

1.2 穎果鮮干重、可溶性糖和總淀粉含量的測(cè)定

采集花后7、10、12、15、20和25 d的穎果,測(cè)定鮮重后，將其置于鼓風(fēng)干燥箱中，105 ℃殺青 1 h，在42 ℃下烘干至恒重(干重) 。

選取成熟小麥籽粒，于105 ℃殺青2 h后， 70 ℃烘干。將烘干樣品研磨成粉，過(guò)100目金屬網(wǎng)篩，稱(chēng)取200 mg粉末，采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖和總淀粉含量[19]。

1.3 穎果的顯微結(jié)構(gòu)觀察

參考Yu等[7]的方法，取不同發(fā)育時(shí)期的小麥穎果，從中部切斷，迅速置入2.5%戊二醛溶液前固定12 h。用磷酸緩沖液(PBS，pH=7.2)清洗三次，每次10 min。清洗后的樣品經(jīng)20%、40%、60%、80%、90%和100%的乙醇梯度脫水(每次30 min，100%乙醇脫水三次)、環(huán)氧丙烷置換、Spurr樹(shù)脂浸透與包埋。包埋好的樣品置于70 ℃烘箱中聚合12 h，然后將聚合好的樣品用超薄樹(shù)脂切片機(jī)(徠卡,德國(guó))切1 μm厚的切片，用0.5%甲基紫染色10 min后在光學(xué)顯微鏡下拍照，圖像采集后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。每個(gè)材料選取3個(gè)穎果作為重復(fù),每個(gè)穎果來(lái)自不同麥穗。

1.4 胚乳中充實(shí)物質(zhì)數(shù)量特征統(tǒng)計(jì)

參照Yu等[7]的方法,利用Photoshop CS6軟件與Image-Pro Plus軟件相結(jié)合，統(tǒng)計(jì)分析胚乳細(xì)胞中淀粉體和蛋白體的相對(duì)面積。每個(gè)樣品統(tǒng)計(jì)3粒穎果作為重復(fù),每粒穎果拍攝3張顯微圖片用于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用 SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)對(duì)不同樣品間測(cè)量值的差異在0.05 水平上進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(LSD 法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 WFZP基因突變后穎果及果皮的生長(zhǎng)發(fā)育特征

由圖1可以看出，小麥穎果表面的顏色隨著穎果發(fā)育呈現(xiàn)出白色-綠色-黃綠色的變化?；ê?～12 d穎果形態(tài)變化較大，不斷縱向膨脹生長(zhǎng)，果皮發(fā)育早期呈乳白色。發(fā)育至花后15 d左右時(shí)，穎果縱向生長(zhǎng)基本恒定，然后橫向生長(zhǎng)，果皮顏色由白變綠?；ê?0～25 d，穎果基本成型，無(wú)明顯形態(tài)變化，果皮顏色逐漸由綠色變?yōu)辄S綠色。與濟(jì)麥22相比，在相同的發(fā)育階段，wfzp1和wfzp2突變體穎果果皮顏色較深。這說(shuō)明小麥WFZP基因突變體的穎果生長(zhǎng)速度快，使得穎果發(fā)育期縮短，提前成熟。

wfzp1和 wfzp2：突變體；JM22：濟(jì)麥22(野生型)。下同。標(biāo)尺=5 mm。

由表1可以看出，隨著穎果發(fā)育，wfzp1和wfzp2突變體和濟(jì)麥22的鮮重均呈上升趨勢(shì)，干重和含水量均呈先上升后下降的變化趨勢(shì)。wfzp1和wfzp2突變體穎果鮮重、干重在各個(gè)發(fā)育時(shí)期均顯著高于濟(jì)麥22(除花后7 d，wfzp1突變體與濟(jì)麥22無(wú)顯著差異外)，而含水率則低于濟(jì)麥22，在花后7、12和25 d，差異均達(dá)到顯著水平(表1)。wfzp1和wfzp2突變體成熟籽粒中總淀粉含量和可溶性糖含量也存在差異，其中總淀粉含量分別為77.82%和81.34%，含量均高于濟(jì)麥22(76.06%)，且wfzp2突變體與濟(jì)麥22差異顯著；三者的可溶性糖含量間無(wú)顯著差異，這說(shuō)明WFZP基因在穎果發(fā)育過(guò)程中參與胚乳儲(chǔ)藏物質(zhì)(尤其是淀粉)的積累。

表1 花后不同天數(shù)小麥穎果鮮重、干重及含水率的變化

2.2 WFZP基因突變后穎果果皮的發(fā)育特征

WFZP基因突變后，在小麥穎果果皮發(fā)育過(guò)程中，淀粉積累與降解、果皮細(xì)胞凋亡以及橫細(xì)胞形態(tài)等方面均發(fā)生了明顯變化(圖2)。

外果皮位于果皮的最外層，起保護(hù)作用?；ê? d，濟(jì)麥22外果皮細(xì)胞中積累著大量的淀粉體(圖2C1)；花后10～12 d，淀粉體逐漸降解，數(shù)量減少(圖2F1和I1)。與濟(jì)麥22相比，穎果發(fā)育早期，wfzp1突變體外果皮細(xì)胞有少量淀粉體(圖2A1、D1和G1)，而wfzp2突變體外果皮細(xì)胞中幾乎沒(méi)有淀粉體(圖2B1、E1和H1)?；ê?15～25 d，濟(jì)麥22、wfzp1和wfzp2突變體外果皮細(xì)胞內(nèi)的淀粉體幾乎降解，并出現(xiàn)加厚的細(xì)胞壁(圖2J1～R1)。

中果皮是果皮的主要組成部分，淀粉體主要在中果皮細(xì)胞中積累。從圖2中可以看出，wfzp1和wfzp2突變體中果皮中淀粉粒積累量少、果皮細(xì)胞尺寸小、中果皮細(xì)胞凋亡進(jìn)程快(圖2A2～R2)。花后7 d，濟(jì)麥22、wfzp1和wfzp2突變體中果皮細(xì)胞中積累大量的淀粉體，并且在中果皮和內(nèi)果皮的空隙間還存在大量游離分布的淀粉體(圖2A2～C2)?；ê?0～12 d，濟(jì)麥22、wfzp1和wfzp2突變體小麥穎果中果皮細(xì)胞均開(kāi)始凋亡，并出現(xiàn)凋亡空腔，細(xì)胞中的淀粉體開(kāi)始降解，數(shù)量減少(圖2D2～I(xiàn)2)，其中濟(jì)麥22中果皮細(xì)胞中淀粉體尺寸大，有大量未降解的淀粉體充斥在細(xì)胞凋亡的空腔中(圖2F2和I2)，而wfzp1和wfzp2突變體中果皮凋亡空腔中剩余的淀粉體明顯較少(圖2D2、E2、G2和H2)?；ê?5 d，wfzp1和wfzp2突變體中果皮細(xì)胞基本完全降解，僅在濟(jì)麥22中存在未降解的淀粉體，分布在橫細(xì)胞以及外果皮和橫細(xì)胞的空隙間(L2)。這說(shuō)明WFZP基因突變會(huì)加快小麥穎果中果皮細(xì)胞的凋亡速度及其細(xì)胞中淀粉體的降解速度?；ê?0 d，濟(jì)麥22、wfzp1和wfzp2突變體中果皮細(xì)胞完全消失，僅存在凋亡空腔，在空腔和內(nèi)果皮之間還有少量未降解的淀粉體(圖2M2～O2)?；ê?5 d，中果皮淀粉體逐漸完全降解(圖2P2～R2)。

SG：淀粉體；EP：外果皮；ME：中果皮；TC：管細(xì)胞；CC：橫細(xì)胞。圖左側(cè)顯示的均為花后天數(shù)。標(biāo)尺=20 μm。圖3和圖5同。

內(nèi)果皮由橫細(xì)胞和管細(xì)胞兩部分構(gòu)成，分別由果皮內(nèi)部的上皮細(xì)胞及靠近上皮細(xì)胞的單層細(xì)胞發(fā)育而來(lái)[7]。從圖2可以看出，濟(jì)麥22、wfzp1和wfzp2突變體內(nèi)果皮的橫細(xì)胞會(huì)隨著穎果的發(fā)育變成瘦長(zhǎng)形，形狀比較規(guī)則，細(xì)胞質(zhì)顏色逐漸變淡(圖2A3～R3)?；ê?～12 d，wfzp1突變體內(nèi)果皮中的管細(xì)胞隨著穎果的發(fā)育逐漸消失(圖2A3、D3和G3)；與wfzp1突變體相比，濟(jì)麥22內(nèi)果皮中的管細(xì)胞消失速度較慢，花后25 d還沒(méi)有完全消失(圖2C3、F3、I3、L3、O3和R3)；而wfzp2突變體內(nèi)果皮中的管細(xì)胞不會(huì)消失，一直存在(圖2B3、E3、H3、K3、N3和Q3)。以上觀察結(jié)果說(shuō)明，WFZP基因在2B染色體上的突變能夠在小麥穎果發(fā)育早期促進(jìn)內(nèi)果皮細(xì)胞的發(fā)育，使wfzp1突變內(nèi)果皮管細(xì)胞降解速度較快；而在2A染色體上的突變則會(huì)抑制內(nèi)果皮細(xì)胞的發(fā)育，使wfzp2突變體內(nèi)果皮管細(xì)胞發(fā)育緩慢，這說(shuō)明不同染色體上WFZP基因位點(diǎn)的突變對(duì)小麥穎果果皮發(fā)育的影響存在明顯差異。

2.3 WFZP基因突變后穎果胚乳的發(fā)育規(guī)律

小麥胚乳的發(fā)育過(guò)程主要包括胚乳細(xì)胞的分裂、生長(zhǎng)以及胚乳細(xì)胞中淀粉體和蛋白體的充實(shí)。從圖3可以看到，花后7 d，濟(jì)麥22、wfzp1和wfzp2突變體內(nèi)、外胚乳細(xì)胞開(kāi)始分化，細(xì)胞核明顯，且細(xì)胞中已經(jīng)積累了少量的小淀粉體(圖3A1～C1、A2～C2)?；ê?0～12 d，濟(jì)麥22、wfzp1和wfzp2突變體細(xì)胞開(kāi)始生長(zhǎng)分化，此時(shí)，內(nèi)、外胚乳細(xì)胞中淀粉體積累量增多，體積變大，且大多聚集在細(xì)胞壁周?chē)?，其中wfzp1和wfzp2突變體細(xì)胞中開(kāi)始積累蛋白體(圖3D1、D2、E1、E2、G1、G2、H1和H2)，而濟(jì)麥22內(nèi)、外胚乳細(xì)胞中尚未積累蛋白體(圖3F1、F2、I1和I2)。胚乳細(xì)胞中淀粉體和蛋白體相對(duì)面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，wfzp1和wfzp2突變體胚乳的蛋白體比濟(jì)麥22出現(xiàn)時(shí)間早，且花后7～12 d，淀粉體和蛋白體相對(duì)面積都明顯高于濟(jì)麥22(圖4)?；ê?5 d，濟(jì)麥22、wfzp1和wfzp2突變體蛋白體和淀粉體的積累量變多(圖3J1～L1、J2～L2)，此時(shí)wfzp1突變體的內(nèi)胚乳淀粉體相對(duì)面積明顯大于wfzp2突變體，但兩個(gè)突變體胚乳中的總蛋白體和總淀粉體相對(duì)面積仍明顯大于濟(jì)麥22，且wfzp2突變體大于wfzp1突變體(圖4)，這說(shuō)明胚乳細(xì)胞中淀粉的積累受WFZP基因影響較大?；ê?0 d，濟(jì)麥22、wfzp1和wfzp2突變體蛋白體互相靠近，融合形成大的蛋白體，且細(xì)胞中胚乳淀粉進(jìn)一步充實(shí)，同時(shí)還分化出了一些小淀粉體(圖3M1～O1、 M2～O2)；此時(shí)， 濟(jì)麥22內(nèi)胚乳細(xì)胞中蛋白體相對(duì)面積超過(guò)wfzp2突變體，但在總蛋白體相對(duì)面積上無(wú)明顯變化(圖4)。花后25 d，濟(jì)麥22、wfzp1和wfzp2突變體淀粉體之間相互擠壓變形，蛋白體體積增大，相互聚集，充實(shí)在淀粉體間隙，使胚乳結(jié)構(gòu)變得更加致密(圖3P1～R1、P2～R2)，此時(shí)，除wfzp1和wfzp2突變體內(nèi)胚乳蛋白體相對(duì)面積小于濟(jì)麥22外，兩個(gè)突變體胚乳中的蛋白體和淀粉體的相對(duì)面積均明顯大于濟(jì)麥22(圖4)，這說(shuō)明WFZP基因突變體胚乳細(xì)胞貯藏物質(zhì)積累量多，胚乳細(xì)胞充實(shí)度高。

SG：淀粉體；PB：蛋白體。

圖4 wfzp突變體內(nèi)、外層胚乳細(xì)胞中蛋白體和淀粉體相對(duì)面積的變化

2.4 WFZP基因突變后穎果糊粉層傳遞細(xì)胞與胚乳傳遞細(xì)胞的發(fā)育過(guò)程

在小麥胚乳灌漿充實(shí)期，養(yǎng)分經(jīng)珠心突起傳遞細(xì)胞傳遞至穎果中的胚乳腔中，然后通過(guò)子代養(yǎng)分運(yùn)輸組織(糊粉層傳遞細(xì)胞和胚乳傳遞細(xì)胞)運(yùn)輸至胚乳。糊粉層傳遞細(xì)胞和胚乳傳遞細(xì)胞是由胚乳腔最外面的1～2層胚乳表皮細(xì)胞分化而來(lái)，它們?yōu)榕呷橹袃?chǔ)藏物質(zhì)的充實(shí)提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[4]。從圖5可以看出，花后7 d，濟(jì)麥22、wfzp1和wfzp2突變體胚乳腔的胚乳表層細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞分裂期，有明顯的細(xì)胞核和濃稠的細(xì)胞質(zhì)(圖5A1～C1、A2～C2)?；ê?0 d，濟(jì)麥22、wfzp1和wfzp2突變體糊粉層傳遞細(xì)胞和胚乳傳遞細(xì)胞的細(xì)胞壁出現(xiàn)增厚現(xiàn)象，wfzp1和wfzp2突變體糊粉層傳遞細(xì)胞的部分部位出現(xiàn)壁內(nèi)突(圖5D1、E1)，胚乳傳遞細(xì)胞中也積累了較多的淀粉體(圖5D2、E2)；與兩個(gè)突變體材料相比，濟(jì)麥22糊粉層傳遞細(xì)胞和胚乳傳遞細(xì)胞的發(fā)育明顯較慢，糊粉層細(xì)胞未出現(xiàn)壁內(nèi)突，胚乳傳遞細(xì)胞中的淀粉體也較少(圖5F1、F2)?；ê?2～25 d，濟(jì)麥22、wfzp1和wfzp2突變體糊粉層傳遞細(xì)胞的細(xì)胞壁進(jìn)一步加厚，細(xì)胞壁內(nèi)突清晰可見(jiàn)；胚乳傳遞細(xì)胞的體積變大，胞內(nèi)積累的淀粉體數(shù)量多且體積大(圖5G1～R1、G2～R2)。從子代傳遞細(xì)胞發(fā)育程度來(lái)看，wfzp1和wfzp2突變體傳遞細(xì)胞壁內(nèi)突的細(xì)胞數(shù)量和厚度均高于濟(jì)麥22，同時(shí)胚乳傳遞細(xì)胞中淀粉體積累也較多。以上結(jié)果表明，wfzp1和wfzp2突變體穎果中糊粉層傳遞細(xì)胞和胚乳傳遞細(xì)胞的發(fā)育狀況好于濟(jì)麥22，有利于穎果中胚乳貯藏物質(zhì)的充實(shí)。因此，綜合以上結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，WFZP基因突變的小麥品種具有較高發(fā)育程度的子代養(yǎng)分運(yùn)輸組織，更有利于灌漿期營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向胚乳中輸送和穎果營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累，這可能是wfzp1和wfzp2突變體灌漿快、胚乳充實(shí)程度高的重要原因之一。

ATC：糊粉層傳遞細(xì)胞；ETC：胚乳傳遞細(xì)胞；TW：加厚的細(xì)胞壁；SG：淀粉體。

3 討 論

AP2/ERF是植物所特有的最大轉(zhuǎn)錄因子家族之一，因其在基因育種等方面有重要作用而倍受關(guān)注。目前，已在多種植物中開(kāi)展了對(duì)AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子家族成員的鑒定和功能研究[20-21]。有研究發(fā)現(xiàn)，AP2/ERF家族轉(zhuǎn)錄因子參與植物種子發(fā)育的過(guò)程[22]。汪 瑩等[23]指出，編碼AP2/ERF的基因突變后可直接或間接調(diào)控果實(shí)成熟。本研究發(fā)現(xiàn)，在穎果發(fā)育早期，與野生型濟(jì)麥22相比，wfzp1和wfzp2突變體穎果果皮顏色較深，穎果果皮細(xì)胞中的淀粉積累量比野生型高，果皮細(xì)胞凋亡速度也比野生型快。這說(shuō)明在小麥穎果發(fā)育過(guò)程中，wfzp基因突變能夠加速穎果成熟，導(dǎo)致穎果灌漿時(shí)間縮短。本研究還發(fā)現(xiàn)，花后 20 d以后，wfzp2突變體果皮發(fā)育進(jìn)程受到了一定程度的抑制，而wfzp1突變體則無(wú)明顯變化，這說(shuō)明wfzp基因不同位點(diǎn)的突變所帶來(lái)的表型不同。在前人的研究中也有類(lèi)似的報(bào)道結(jié)果，如Liu等[24]深入挖掘了大量番茄品種的RNA測(cè)序數(shù)據(jù)指出，在番茄成熟的過(guò)程中，ERF轉(zhuǎn)錄因子突變后其表達(dá)模式不同，進(jìn)而使其功能發(fā)生改變。

胚乳是小麥穎果儲(chǔ)藏物質(zhì)積累的重要部位，其發(fā)育過(guò)程主要包括胚乳細(xì)胞數(shù)目的增加、細(xì)胞體積的擴(kuò)大、淀粉體和蛋白質(zhì)體的充實(shí)等。Jofuku等[20]研究發(fā)現(xiàn)，AP2基因的缺失導(dǎo)致種子的尺寸、重量、蛋白質(zhì)總含量和含油量均顯著升高。也有研究認(rèn)為，該基因突變后通過(guò)調(diào)控種皮細(xì)胞的延伸來(lái)控制種子大小，同時(shí)種子中己糖與蔗糖含量的比例也發(fā)生了改變[25]。AP2/ERF 家族的成員RSR1負(fù)調(diào)控淀粉合成基因的表達(dá)，該基因缺失會(huì)導(dǎo)致種子變大、直鏈淀粉含量增加以及支鏈淀粉結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[12]。在本研究中，wfzp1和wfzp2突變體穎果發(fā)育早期，胚乳細(xì)胞中淀粉體和蛋白體積累時(shí)間早、速度快，且淀粉體和蛋白體相對(duì)面積均顯著高于野生型濟(jì)麥22；穎果發(fā)育后期，突變體中的淀粉體和蛋白體的充實(shí)度更高，這說(shuō)明WFZP基因的突變能夠在穎果發(fā)育時(shí)促進(jìn)胚乳細(xì)胞的分化和生長(zhǎng)。因此，推測(cè)AP2/ERF家族的WFZP基因可以通過(guò)調(diào)控穎果的發(fā)育，進(jìn)而影響胚乳中淀粉和蛋白的積累。

前人探究了胚乳灌漿充實(shí)的整個(gè)過(guò)程，證實(shí)了糊粉層傳遞細(xì)胞和胚乳傳遞細(xì)胞具有吸收和運(yùn)輸養(yǎng)分的功能，對(duì)穎果的灌漿和儲(chǔ)藏物質(zhì)的積累有重要的作用[5]。在本研究中，wfzp1和wfzp2突變體糊粉層傳遞細(xì)胞和胚乳傳遞細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育速度較快，細(xì)胞壁內(nèi)突的數(shù)量和厚度均高于濟(jì)麥22，更有利于灌漿物質(zhì)的運(yùn)輸，從而提高胚乳細(xì)胞中貯藏物質(zhì)的積累速率。這說(shuō)明wfzp1和wfzp2突變體養(yǎng)分運(yùn)輸組織的結(jié)構(gòu)發(fā)育特征與胚乳細(xì)胞中物質(zhì)快速積累和大量充實(shí)緊密相關(guān)。本研究認(rèn)為，WFZP基因參與了小麥穎果發(fā)育過(guò)程，對(duì)穎果內(nèi)部貯藏物質(zhì)的積累有一定調(diào)控作用，但有關(guān)該基因在小麥穎果發(fā)育過(guò)程中執(zhí)行的生物學(xué)功能尚不清楚，需要通過(guò)進(jìn)一步的功能驗(yàn)證來(lái)確定，本試驗(yàn)可為進(jìn)一步研究 AP2/ERF家族轉(zhuǎn)錄因子在谷物穎果發(fā)育過(guò)程中的功能提供理論 依據(jù)。