气孔是控制植物与环境气体交换的重要通道，气孔的开度、大小、密度等性状极大地影响植物的光合作用和水分利用效率，进而影响产量。小麦种质资源丰富，在长期的自然进化和人工选择过程中积累了大量自然变异，这些自然变异也是许多重要农艺性状形成的基础。发掘小麦气孔相关性状的多样性和遗传基础及相关重要调控基因将为提高小麦的生产力和抗逆性提供重要信息，对小麦遗传改良具有重要意义。

近日，西北农林科技大学康振生教授团队在Plant, Cell & Environment上发表了题为“Genome-wide association study revealed TaHXK3-2A as a candidate gene controlling stomatal index in wheat seedlings”的研究论文，解析了小麦气孔指数遗传基础，发掘并阐明了己糖激酶基因TaHXK3-2A调控小麦气孔密度和抗旱性的生物学功能。

为了解析小麦气孔指数遗传基础，发掘重要调控基因，研究者与武汉理工大学刘唯真副教授合作开发了一套基于深度学习的小麦叶片表皮显微图像气孔指数自动统计方法（Zhu et al., 2021）。在此基础上，完成了539份小麦种质叶片气孔指数的高通量采集；结合小麦660K芯片扫描获得的遗传标记数据，通过全基因组关联分析（GWAS），解析了叶片气孔指数的遗传基础，发掘了130个与气孔指数显著关联的SNP。分析表明这些SNP主要分布在小麦16条染色体上，涉及2625个与应激反应、代谢和细胞/器官发育相关的候选基因。进一步通过BSA-seq、基因表达分析和候选基因关联分析，解析了2A染色体上决定小麦幼苗叶片气孔指数的主效遗传位点，挖掘并明确了己糖激酶基因TaHXK3-2A调控小麦气孔密度的生物学功能。

TaHXK3-2A过表达小麦株系对干旱更加敏感，进一步代谢组学分析发现TaHXK3-2A过表达株系通过调控葡萄糖代谢途径降低了叶片表皮细胞的大小，从而导致气孔密度增加。由于蒸腾作用增强，最终导致TaHXK3-2A过表达株系对干旱更加敏感。

该研究率先通过高通量图像识别及统计方法，解析了小麦叶片气孔指数的多样性和遗传基础，丰富了植物气孔性状调控的遗传信息。同时，发现了己糖激酶（HXK）家族基因的新功能，为气孔性状的改变影响植物水分利用效率和抗旱性提供了新的科学证据，为小麦抗旱遗传改良提供了新的思路。

原文链接：

https://doi.org/10.1111/pce.14342

来源：植物与环境PCE

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