大麦（Hordeum vulgare L.）是全球第四大谷物作物，广泛应用于动物饲料、啤酒酿造以及食品和药品的原料。在青藏高原地区，裸大麦青稞更是藏区人员的重要口粮。然而，在高水肥条件下，由于大麦茎秆机械组织不够发达，纤维化程度较低，容易出现倒伏现象，这给大麦的生产带来了巨大挑战。

Gγ亚基在多种生物过程中发挥着重要作用，但其在大麦中的具体功能尚未完全明确。为了深入研究这一问题，中国科学院西北高原生物研究所高原作物种质资源创新与利用研究团队利用CRISPR/Cas9技术敲除大麦品种Golden Promise中的HvGS3基因，并通过详细的表型分析比较了突变体hvgs3与野生型之间的株高、穗长和千粒重等农艺性状。结果显示，突变体hvgs3的株高比野生型降低了37.8%至43.1%，同时倒二节的抗倒伏指数提高了76.6%。进一步分析发现，突变体hvgs3的茎节细胞长度显著缩短，导致株高降低。突变体hvgs3的木质素合成通路被激活，木质素含量比野生型增加了22%，基部第二节间的维管束数量、机械组织厚度均高于野生型，从而增强了茎秆的机械强度。通过CRISPR/Cas9技术成功敲除HvGS3基因，我们创制了一种具有矮化和抗倒伏特性的大麦新种质资源，株高的降低和茎秆强度的增加共同提升了其抗倒伏性能。该研究不仅揭示了大麦HvGS3基因的功能，还为培育抗倒伏、高产的大麦品种提供了宝贵的理论依据和技术支持。

研究结果以?The knockout of Gγ subunit HvGS3 by CRISPR/Cas9 gene editing improves the lodging resistance of barley through dwarfng and stem strengthening?为题发表在?Theoretical and Applied Genetics（中国科学院1区Top期刊 IF 4.4）。西北高原所和青海大学联培博士研究生姜燕燕为第一作者，刘宝龙研究员和李云副研究员为共同通讯作者。该研究得到了青海省科学技术厅（2023-NK-A3），中国科学院国际伙伴计划全球共同挑战项目（077GJHZ2023028GC），青海省作物分子育种重点实验室（2023-1-1）项目的支持。研究工作依托中国科学院高原生物适应与进化重点实验室和青海省作物分子育种重点实验室。

论文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40014102/

?图?hvgs3编辑系的创制和表型分析

注：A：HvGS3的新型等位变异；B：hvgs3编辑系植株的表型；C：hvgs3编辑系的株高和千粒重；D：hvgs3编辑系的田间抗倒伏表型和倒二节的抗倒伏指数（CLRL）；E：hvgs3编辑系茎秆的细胞显微结果和细胞长度。