提高籽粒产量一直是小麦遗传改良的主要目标。SQUAMOSA启动子结合蛋白样（SPL）基因编码了一个植物特异的转录因子家族，是提高水稻产量和其他主要农艺性状的重要靶标。近日，来自南达科他州立大学的研究人员在Plant Biotechnology Journal上在线发表了题为“CRISPR-induced miRNA156-recognition element mutations in TaSPL13 improve multiple agronomic traits in wheat“的研究论文，表明小麦中TaSPL13的microRNA156识别元件（MRE）的突变能够改良小麦的多个农艺性状。
SPL家族的一个重要特征是其半数以上的成员都受到microRNA 156/157 (miR156)的负调控。miR156水平在营养阶段较高，随着植物年龄的增长而下降。同时，SPL转录本水平随着miR156水平的降低而增加。miR156-SPL模块作为调控中枢控制各种植物发育特征，如开花时间、分蘖/分枝、果实成熟、植物结构、产量、对胁迫的响应等。小麦SPL基因在这方面的功能有待进一步研究。在该研究中，作者鉴定了56个水稻SPL基因的小麦同源基因，属于19个同源类群。与水稻一样，除TaSPL13外显子外，其余9个同源TaSPL基因在其最后外显子中含有（MRE），而TaSPL13在其3´UTR中含有MRE（图1）。
图1 SPL基因系统发育、从头基序预测和表达模式分析
对于特定的SPL基因编辑，需要一个在MRE内或靠近MRE的PAM基序的基因特异性引导RNA。Cas9在满足PAM和gRNA与SPL基因靶序列之间的互补碱基配对的要求后，可以在MRE位点诱导双链断裂(DSBs)。易出错的非同源端连接(NHEJ)修复机制连接这些断端，从而导致MRE突变。该工具可用于miR156- SPL模块的靶向突变，以增强作物的农艺性状。由于传统的CRISPR-Cas9技术主要产生的是删除和插入，这将导致帧移位，因此它只能应用于编码区以外的MREs。在本研究中，作者使用CRISPR-Cas9对TaSPL13的MRE进行了修饰，在三个同源基因中产生了12个突变（图2）。正如预期的那样，MRE突变导致TaSPL13突变转录本大约增加两倍。表型分析表明，TaSPL13的MRE突变导致开花时间、分蘖数和株高减小，籽粒大小和粒数增加。TaSPL13突变体表现出拟南芥AtSPL3/4/5突变体和水稻OsSPL13/14/16突变体中观察到的不同表型的组合，在同时增加籽粒大小和粒数以及改善植株结构方面具有很大的潜力。新产生的TaSPL13突变可以用于小麦育种计划，以改善这些农艺性状。
图2 TaSPL13基因microRNA156识别元件的改造
