小麥作為一種全球重要的糧食作物，它養活了世界近三分之二的人口。 20世紀60年代，小麥矮化基因RHT-B1B和RHT-D1B的利用顯著提高了小麥的抗倒伏性和收穫指數，從而大大提高了糧食產量，引發了著名的“綠色革命”，緩解了全球人口快速增長帶來的糧食危機。 RHT-B1B是RHT-B1A在DELLA區域附近的單鹼基突變，導致翻譯過早終止，突變的RHT-B1B包含兩個開放閱讀框（ORF），5'-ORF和3'-ORF。 RHT-B1B 3'-orf 編碼的 della 結構域蛋白的缺失通常被認為是由於對赤霉素誘導的蛋白質降解不敏感而積累的，導致半矮化小麥的綠色革命。 然而，目前尚不清楚5'-ORF編碼的小蛋白是否參與了RHT-B1B介導的小麥綠色革命。 近日，中國農業科學院作物科學研究所劉旭孔秀英陽光增強團隊合作plant physiology** 發表了一篇題為“.two open reading frames of rht-b1b acting as brake and throttle contributed to wheat green revolution“研究**。 本研究通過正向遺傳學轉殖小麥綠色革命基因Rht-B1B1B的新等位基因，發現RHT-B1B的5'-ORF起始密碼子“ATG”突變為“Ata”，導致3'-ORF編碼蛋白過度積累，導致EF6085突變體出現極度矮化表型闡明了RHT-B1B的5'-ORF和3'-ORF的半矮化表型，分別作為觸發小麥綠色革命的“制動”和“油門”系統，從而證明了5'-ORF是小麥綠色革命所必需的。 
該團隊構建了以fielder為遺傳背景的小麥甲基磺酸乙酯（EMS）突變體文庫，並鑑定出乙個極矮化的突變體EF6085（圖1A-C）。 為了轉殖相關基因，研究人員將EF6085分別與Fielder和Jimai 22雜交，以建立用於遺傳定位的F2：3群體。 通過捕獲外顯子組捕獲測序和混合 55K SNP 陣列的基因分型，將候選基因進一步鑑定為 RHT-B1BEF6085（圖 1D-E），這是由 RHT-B1B 中的單鹼基突變引起的，該突變將 RHT-B1B 5'-ORF 陣列中的起始密碼子“ATG”更改為“ATA”，因此 RHT-B1BEF6085 僅包含乙個 3'-ORF（圖 1F）。 為了進一步發揮RHT-B1B的5'-ORF的生物學功能，研究人員推測RHT-B1B的5'-ORF可能發揮類似於UORF（上游ORF）的作用，競爭性地抑制3'-ORF的蛋白質翻譯，從而保證3'-ORF編碼的蛋白質保持適當的蛋白質豐度，從而產生小麥的半矮化表型，避免極端矮化。 為了證明這一假設，首先證明使用小麥原生質體瞬時表達系統，RHT-B1BEF6085的3'-ORF的翻譯效率明顯高於RHT-B1B的3'-ORF（圖1G）。 同時，將RHT-B1BEF6085和RHT-B1B基因轉移至受體小麥田間，結果表明，RHT-B1BEF6085轉基因小麥表現出極矮化表型，而RHT-B1B轉基因小麥株高略有降低（圖1H-I）。 以上實驗結果表明，如果RHT-B1B缺乏5'-ORF，3'-ORF將導致小麥株高極度矮化，不能應用於農業生產在5'-orf和3'-orf並存的情況下，小麥植株的高度將相形見絀，可用於農業生產，從而引發小麥的綠色革命。 因此，以RHT-B1B的2個ORFs作為“制動”和“油門”系統，分別精細調控小麥株高的半矮化表型，揭示了小麥綠色革命基因作用的分子機制。 
圖1通過5'-orf競爭抑制3'-orf、競爭性抑制3'-orf翻譯效率和精細調控小麥半矮化表型，小麥綠色革命基因在農業生產中的應用及機理研究取得了以下幾項重要進展：（1）20世紀60年代，小麥矮化基因（rht-1和rht-2）的利用顯著提高了小麥抗倒伏性和收穫指數， 從而大大提高了糧食產量，引發了著名的“綠色革命”。（2）2024年轉殖了小麥矮秆基因（Peng et al.）。Nature， 1999）、rht-1 和 rht-2 分別是編碼 della 蛋白 rht-b1b 和 rht-d1b 的等位基因基因。（3） 2021 年，遺傳和分子生物學實驗表明，RHT-B1B 3'-ORF 編碼盒的蛋白質重新啟動翻譯導致小麥出現半矮化表型（Van de Velde 等人）。, molecular plant, 2021）。（4）2024年，劉旭、孔秀英和孫加強了他們的研究小組，發現了小麥綠色革命基因RHT-B1B 3'-ORF編碼的蛋白質磷酸化啟用的機制（Dong et al.）。Plant Cell， 2023），我們發現RHT-B1B 5'-ORF和3'-ORF分別作為“制動”和“節氣門”系統，引發小麥綠色革命，為5'-ORF參與小麥半矮化表型的精細調控提供了強有力的遺傳證據（Chen等）。, plant physiology, 2023）。然而，小麥綠色革命基因的生物學功能及相應的分子機制有待進一步探索。 中國農業科學院科學技術研究所博士生陳耀宇第一作者，中國農業科學院研究生院劉旭院士孔秀英跟陽光增強研究者是共同通訊作者。 本研究得到了國家自然科學（31991213）和中國農業科學院農業科技創新專案的支援。 引用：1. peng j, richards de, hartley nm, murphy gp, devos km, flintham je, beales j, fish lj, worland aj, pelica f, sudhakar d, christou p, snape jw, gale md, harberd np (1999) 'green revolution' genes encodemutant gibberellin response modulators. nature 400 (6741): 256-2612. van de velde k, thomas sg, heyse f, kaspar r, van der straeten d, rohde a (2021) n-terminal truncated rht-1 proteins generated by translational reinitiation cause semi-dwarfing of wheat green revolution alleles. mol plant 14 (4): 679-6873. dong h, li d, yang r, zhang l, zhang y, liu x, kong x, sun j (2023) gsk3 phosphorylates and regulates the green revolution protein rht-b1b to reduce plant height in wheat. plant cell 35: 1970-19834. chen y, yang z, wang h, xia c, zhang l, sun j, kong x, liu x (2023) two orfs of rht-b1b as brake and throttle contributed to wheat green revolution. plant physiol.**鏈結：
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