小麦作为一种全球重要的粮食作物，它养活了世界近三分之二的人口。 20世纪60年代，小麦矮化基因RHT-B1B和RHT-D1B的利用显著提高了小麦的抗倒伏性和收获指数，从而大大提高了粮食产量，引发了著名的“绿色革命”，缓解了全球人口快速增长带来的粮食危机。 RHT-B1B是RHT-B1A在DELLA区域附近的单碱基突变，导致翻译过早终止，突变的RHT-B1B包含两个开放阅读框（ORF），5'-ORF和3'-ORF。 RHT-B1B 3'-orf 编码的 della 结构域蛋白的缺失通常被认为是由于对赤霉素诱导的蛋白质降解不敏感而积累的，导致半矮化小麦的绿色革命。 然而，目前尚不清楚5'-ORF编码的小蛋白是否参与了RHT-B1B介导的小麦绿色革命。 近日，中国农业科学院作物科学研究所刘旭孔秀英阳光增强团队合作plant physiology** 发表了一篇题为“.two open reading frames of rht-b1b acting as brake and throttle contributed to wheat green revolution“研究**。 本研究通过正向遗传学克隆小麦绿色革命基因Rht-B1B1B的新等位基因，发现RHT-B1B的5'-ORF起始密码子“ATG”突变为“Ata”，导致3'-ORF编码蛋白过度积累，导致EF6085突变体出现极度矮化表型阐明了RHT-B1B的5'-ORF和3'-ORF的半矮化表型，分别作为触发小麦绿色革命的“制动”和“油门”系统，从而证明了5'-ORF是小麦绿色革命所必需的。 
该团队构建了以fielder为遗传背景的小麦甲基磺酸乙酯（EMS）突变体文库，并鉴定出一个极矮化的突变体EF6085（图1A-C）。 为了克隆相关基因，研究人员将EF6085分别与Fielder和Jimai 22杂交，以创建用于遗传定位的F2：3群体。 通过捕获外显子组捕获测序和混合 55K SNP 阵列的基因分型，将候选基因进一步鉴定为 RHT-B1BEF6085（图 1D-E），这是由 RHT-B1B 中的单碱基突变引起的，该突变将 RHT-B1B 5'-ORF 阵列中的起始密码子“ATG”更改为“ATA”，因此 RHT-B1BEF6085 仅包含一个 3'-ORF（图 1F）。 为了进一步发挥RHT-B1B的5'-ORF的生物学功能，研究人员推测RHT-B1B的5'-ORF可能发挥类似于UORF（上游ORF）的作用，竞争性地抑制3'-ORF的蛋白质翻译，从而保证3'-ORF编码的蛋白质保持适当的蛋白质丰度，从而产生小麦的半矮化表型，避免极端矮化。 为了证明这一假设，首先证明使用小麦原生质体瞬时表达系统，RHT-B1BEF6085的3'-ORF的翻译效率明显高于RHT-B1B的3'-ORF（图1G）。 同时，将RHT-B1BEF6085和RHT-B1B基因转移至受体小麦田间，结果表明，RHT-B1BEF6085转基因小麦表现出极矮化表型，而RHT-B1B转基因小麦株高略有降低（图1H-I）。 以上实验结果表明，如果RHT-B1B缺乏5'-ORF，3'-ORF将导致小麦株高极度矮化，不能应用于农业生产在5'-orf和3'-orf并存的情况下，小麦植株的高度将相形见绌，可用于农业生产，从而引发小麦的绿色革命。 因此，以RHT-B1B的2个ORFs作为“制动”和“油门”系统，分别精细调控小麦株高的半矮化表型，揭示了小麦绿色革命基因作用的分子机制。 
图1通过5'-orf竞争抑制3'-orf、竞争性抑制3'-orf翻译效率和精细调控小麦半矮化表型，小麦绿色革命基因在农业生产中的应用及机理研究取得了以下几项重要进展：（1）20世纪60年代，小麦矮化基因（rht-1和rht-2）的利用显著提高了小麦抗倒伏性和收获指数， 从而大大提高了粮食产量，引发了著名的“绿色革命”。（2）2024年克隆了小麦矮秆基因（Peng et al.）。Nature， 1999）、rht-1 和 rht-2 分别是编码 della 蛋白 rht-b1b 和 rht-d1b 的等位基因基因。（3） 2021 年，遗传和分子生物学实验表明，RHT-B1B 3'-ORF 编码盒的蛋白质重新启动翻译导致小麦出现半矮化表型（Van de Velde 等人）。, molecular plant, 2021）。（4）2024年，刘旭、孔秀英和孙加强了他们的研究小组，发现了小麦绿色革命基因RHT-B1B 3'-ORF编码的蛋白质磷酸化激活的机制（Dong et al.）。Plant Cell， 2023），我们发现RHT-B1B 5'-ORF和3'-ORF分别作为“制动”和“节气门”系统，引发小麦绿色革命，为5'-ORF参与小麦半矮化表型的精细调控提供了强有力的遗传证据（Chen等）。, plant physiology, 2023）。然而，小麦绿色革命基因的生物学功能及相应的分子机制有待进一步探索。 中国农业科学院科学技术研究所博士生陈耀宇第一作者，中国农业科学院研究生院刘旭院士孔秀英跟阳光增强研究者是共同通讯作者。 本研究得到了国家自然科学（31991213）和中国农业科学院农业科技创新项目的支持。 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.**链接：
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