New Phytol丨Ribo-seq应用：宋纯鹏团队通过RNA翻译调控工程改良小麦非生物胁迫耐受性

培育气候抗性作物对于应对极端气候和确保全球粮食安全至关重要。这对于在干旱和半干旱环境中广泛种植的重要主食作物小麦而言尤为迫切。

尽管育种专家致力于培育抗逆品种，但农业生产力常常受到抗逆性与植物生长之间固有权衡这一生物学瓶颈的严重制约。这种矛盾主要源于胁迫响应基因的多效性，它们通常在调控胁迫适应和基本发育途径的相互连接网络中发挥作用。

传统的基因工程策略主要集中于修改基因编码区（CDS），但由于普遍存在的基因多效性，这些开关式的改变往往无法适应复杂农艺性状的定量特性。上游开放阅读框（uORF）作为真核生物信使RNA（mRNA）5' UTR内强大的转录后调控元件，为通过微调基因表达以打破上述困境提供了极具潜力的替代方案。

2026年10月17日，河南大学宋纯鹏团队在New Phytologist上发表了题为“Engineering uORFs in wheat improves abiotic stress tolerance without growth penalties”的研究论文。本研究通过核糖体图谱测序（Ribo-seq）技术在全基因组水平上鉴定了小麦中活跃翻译的uORF，并利用CRISPR/Cas9等基因编辑工具实现了多倍体小麦内源uORF的精准敲除或从头生成。

文章索引

【标题】Engineering uORFs in wheat improves abiotic stress tolerance without growth penalties

【发表期刊】New Phytologist

【发表日期】2026年10月17日

【作者及团队】河南大学宋纯鹏团队

【IF】8.7

研究结果

一、通过核糖体图谱分析发现小麦中活跃翻译的uORF

利用Ribo-seq核糖体印迹分析对处于三叶期的小麦幼苗叶片进行测序分析，成功鉴定出1199个活跃翻译的uORF序列。

这些非经典开放阅读框显示出对AUG以及部分近源密码子（如AUC和CUG）的强烈偏好，且含有uORF的基因在逆境响应和调控通路中显著富集。

二、通过瞬时系统筛选非生物胁迫正调控因子中具有抑制作用的uORF

研究人员利用双荧光素酶报告系统在小麦原生质体中对10个候选uORF进行了功能验证。

结果表明突变其中6个uORF的起始密码子能在不改变mRNA转录水平的情况下显著提高下游蛋白的翻译效率。

三、破坏TaCIPK14的内源uORF可提高小麦原生质体和植株中的蛋白质表达

利用基因编辑技术精准破坏非生物胁迫正调控因子TaCIPK14的保守内源uORF，显著提升了目标蛋白在细胞内的积累量。

该突变体植株在未影响正常生长的情况下表现出丙二醛（MDA）含量降低和过氧化氢酶（CAT）活性升高，极大增强了植株对盐害和冷害的耐受能力。

四、改造TaGGP1内源uORF起始区域可平衡抗旱性与作物产量

通过编辑关键酶基因TaGGP1的保守uORF起始区域（Kozak基序），在不改变基因转录的情况下适度提高了下游蛋白的表达及植物体内抗坏血酸（维生素C）的含量。

该无转基因突变体不仅显著提升了干旱、冷害和盐胁迫耐受性，且在水分充足条件下维持了与野生型完全一致的生长指标和籽粒产量。

五、从头创建uORF可适度下调基因表达以增强小麦的抗旱性

借助腺嘌呤碱基编辑器（ABE）在多效性负调控基因TaMADS26的5' UTR区域人工创造了包含AUG起始密码子的全新uORF序列。

这种全新的uORF成功引发了对下游靶基因蛋白表达的温和抑制，使得突变体不仅在干旱条件下展现出极大的产量优势，同时在充分灌溉时也没有付出任何生长代价。

总结

本研究建立了一个利用翻译层面调控元件uORF来微调小麦基因表达的高效平台。通过灵活运用基因编辑技术敲除抑制性uORF或从头生成全新uORF，科学家成功实现了对植物逆境抗性与农艺性状的协同提升，为复杂多倍体作物的精准定向育种铺平了道路。