干旱，是悬在小麦头上的一把“镰刀”。全球小麦主产区多处于干旱、半干旱地区，一场旱灾就能让产量腰斩。小麦怎么才能“扛住”干旱，旱后还能快速“满血复活”？中国农业科学院作物科学研究所科研团队在小麦里找到了一套自带“抗旱buff”的基因家族——TaERF109，揭开了小麦耐旱的分子秘密。

一、小麦里的“抗旱基因军团”：串联重复的TaERF109基因家族

基因就像植物的指令手册，为了应对恶劣环境，植物会把关键基因复制多份，排成一队，叫串联重复基因。科学家在六倍体小麦中，找到了10个成簇排列的TaERF109基因，它们像一支小分队，分布在小麦三套亚基因组的1号染色体上。这10个基因里有7个是“干旱急先锋”。它们在正常生长条件下按兵不动；一旦遭遇干旱，会在很短时间内被“激活”，转录表达水平上调数百倍，逆境响应速率远高于普通功能基因。

二、功能验证：有它们，小麦抗旱能力强，复水后恢复快

为了验证TaERF109基因家族的本事，科研人员做了两组关键实验：过表达（让基因更活跃）和基因敲除突变体（实现目标基因功能丧失）。当过表达核心基因TaERF109A2时，正常生长条件下小麦表现为开花更晚、分蘖更多、植株稍矮，抗旱能力显著增强。遇到干旱时，过表达植株叶片萎蔫轻。复水后，过表达小麦植株能快速恢复生机，存活率远高于一般小麦。同时，植株体内脯氨酸（抗旱保护物质）增多，丙二醛、活性氧（ROS，干旱胁迫下过量积累会造成细胞膜氧化损伤）大幅减少，细胞损伤显著降低。而把TaERF109基因同时敲除后，小麦在干旱中叶片快速卷曲、生长停滞，复水后恢复速度慢，田间产量大幅下降。这直接证明： TaERF109基因是小麦抗旱的“核心枢纽”。

三、三重调控：TaERF109基因家族的“抗旱作战方案”

TaERF109不是单打独斗，目前发现它们通过三条通路，让小麦既抗干旱，又能快速恢复。

1. 调控TaMADS56：让小麦“多分蘖、晚开花、恢复快”。TaERF109A2会激活下游基因TaMADS56。这个基因能让小麦分蘖增多、开花延迟，调整物质分配，优先保障营养器官存活。因此干旱复水后，能加速叶片复水、光合恢复，让小麦快速“起死回生”。

2. 激活TaIPT8：用细胞分裂素“调节抗旱”。TaERF109A2作为转录因子直接结合细胞分裂素合成关键基因TaIPT8的启动子，促进细胞分裂素合成。这种植物激素能保护光合系统、延缓衰老，让小麦在干旱中保持活力，同时适度调控根系形态，减少水分消耗。

3. 上调NAS基因：靠烟草胺“解毒抗旱”。干旱会导致铁离子过量积累，损伤细胞。TaERF109A2能激活NAS基因，合成更多烟草胺（NA）。这种物质是二价金属离子的螯合剂，能牢牢抓住铁、锌等金属离子，避免植物细胞在干旱时氧化损伤，提升抗旱性。

四、麦类家族特有：演化出来的“抗旱神器”

科研人员对比了水稻、玉米、大麦等作物发现，ERF109家族基因的串联复制事件是小麦族特有。水稻、高粱、玉米等非麦类禾本科作物中只有1个拷贝，其他检测的11个麦类作物中每条染色体上包含2~6个ERF109串联重复基因，这是麦类作物在长期干旱环境中演化出的“生存秘籍”。因此，多拷贝基因可能让小麦在逆境中更稳定、更强大，是小麦适应干旱半干旱环境的关键演化特征。

五、结语

从基因挖掘到机制解析，科研人员逐步揭开了小麦抗旱的分子底层密码。TaERF109串联重复基因家族作为小麦抗旱的核心调控枢纽，可有效协调植株生长与逆境响应，使小麦在干旱胁迫下维持生存，复水后快速恢复并保障产量。研究不仅阐明了小麦抗旱的关键分子机制，更具有重要育种应用价值。揭示的三条调控通路，为小麦分子设计育种提供了精准靶点，可实现抗旱性与产量性状的协同改良；同时，基于串联重复基因的研究策略，也为其他作物的抗逆遗传改良提供了新思路，为国家粮食安全提供了坚实的理论基础与技术支撑。

作者：陈隽（中国农业科学院作物科学研究所副研究员、作物基因资源与育种全国重点实验室技术骨干）

科学审核：郭自峰（中国科学院植物研究所研究员）

策划统筹：陆美斌

监制：徐琴

参考文献：Chen J, Zhao S, Li W, Wang C, Gao Y, Yang Z, Zhou Y, Chen M, Xu Z, Ma Y. Tandemly duplicated TaERF109 genes confer drought tolerance and post-drought recovery in wheat. J Integr Plant Biol, 2026, https://doi.org/10.1111/jipb.70196

作者介绍

陈隽，博士，中国农业科学院作物科学研究所副研究员，主要从事小麦高产与抗逆分子育种研究。主持国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、国家科技重大专项等科研项目5项，以第一作者或通信作者在Nature Plants、Genome Biology、Journal of Integrative Plant Biology、Plant Journal、The Crop Journal等期刊发表论文9篇，申请并授权发明专利10项。