

小麦产量(淀粉积累)与加工品质(籽粒贮藏蛋白含量)之间存在天然的此消彼长关系,如何协同提升二者是育种界长期面临的难题。中国农业大学团队前段时间在JIPB 发表的研究揭示,转录适配子ADA2通过与组蛋白乙酰转移酶GCN5互作,在表观遗传层面同时调控淀粉和贮藏蛋白的合成,而这一调控过程的“开关”竟与液-液相分离(LLPS) 这一物理化学机制密切相关。该研究不仅深化了我们对表观调控动态性的理解,还鉴定出ADA2-B Hap2优异单倍型,为小麦分子育种提供了可直接应用的靶点。
研究首先通过CRISPR/Cas9技术在小麦品种Fielder中实现了对ADA2三个同源拷贝的同步敲除,获得两个独立的基因编辑株系。田间表型分析显示,ada2突变体表现出籽粒变小、千粒重和单株产量显著下降(降幅达50%-60%),同时淀粉含量降低(尤其B型小淀粉粒减少)、谷蛋白含量下降而醇溶蛋白升高,最终导致面筋指数和SDS沉降值显著下降,加工品质变差。

Fig. 2 Phenotypes of wheat ada2 mutants under field conditions.
机制上,ADA2与GCN5存在物理互作,ada2突变后全基因组H3K9ac水平降低,淀粉合成关键基因(AGPL1、GBSSI、SBEIc)和贮藏蛋白调控基因(NAC019、GAMyb)启动子区H3K9ac富集减少,表达下调。

Fig. 3 ADA2 affects histone acetylation for genes related to starch and seed storage protein (SSP) accumulation.
本研究最具突破性的发现是:ADA2通过其内在无序区IDR2发生液-液相分离,在细胞核中形成具有流动性的凝聚体;而GCN5通过与IDR2直接互作抑制ADA2的相分离。更重要的是,二者之间的浓度比决定了最终的功能输出——高浓度GCN5可溶解ADA2凝聚体并维持高HAT活性促进转录,而过量ADA2则招募并隔离GCN5形成共凝聚体,抑制HAT活性。这种浓度依赖的动态平衡机制,使ADA2-GCN5模块能够根据蛋白丰度的变化精准调控下游基因的表达。此外,群体遗传学分析在ADA2-B位点鉴定出Hap2优异单倍型,该变异与千粒重、粒长和粒宽显著正相关,且在现代品种中的占比(57.4%)远高于地方品种(20.0%),表明其已在育种过程中被正向选择。

Fig. 7 Model for the ADA2 and GCN5 complex regulating gene transcription
本研究是CRISPR/Cas9技术在六倍体复杂基因组中成功应用的典型案例——针对ADA2三个同源拷贝第二外显子的保守区域设计sgRNA,借助pBUE411载体和农杆菌EHA105介导转化,实现了多拷贝基因的同时敲除。
这一策略对小麦等有多拷贝同源基因的作物具有直接借鉴意义:靶向保守区可同步破坏所有功能拷贝,避免功能冗余导致的表型不明显问题。同时,本研究所用的受体材料为六倍体小麦品种Fielder,其转化效率相对较高,是小麦功能基因研究的理想参考体系。
*文献来源:Zhang, X., Zhang, R., Zhang, Y., et al. (2026). Transcriptional adapter ADA2 regulates yield and end-use quality through liquid-liquid phase separation in wheat. J. Integr. Plant Biol. 68: 2128-2144.
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