小麦是全球三大主粮作物之一，养育着世界近半数人口，也是我国北方餐桌上的“顶流主食”，其产量与品质直接关系到粮食安全和民生稳定。近年来，全球气候变暖、极端天气频发（图1），全球气温每升高1℃，小麦减产幅度就可能高达6%。另外，我国小麦主产区还经常遭遇春寒、热浪、秋汛等灾害，使得小麦产量不确定性显著增加。
小麦一生中关键的生长阶段是抽穗期和开花期。此时，小麦对养分、水分和光照等环境条件极为敏感，抽穗过早，易遭遇晚霜冻害；抽穗过晚则灌浆关键期缩短，而且容易遭遇高温胁迫，二者都会严重影响穗粒数和千粒重。如果能够给抽穗期调上精准“闹铃”，让小麦尽可能避开晚霜冻害和高温胁迫等“坑”，使其在适宜条件下充分生长，便能最大程度发挥增产潜力。
图1 历年主粮生长季遭遇极端天气的天数百分比
一、小麦抽穗“闹铃”基因TaEMF2的发现
同源基因克隆是研究基因功能常用的“小妙招”，不同植物同一功能的基因通常具有很高的相似性，这些相似度高且保守的序列被称为同源基因。科学家从模式植物（已经被详细研究的简单物种，如拟南芥）中获取到一个叫EMF2的目标基因，它在拟南芥、水稻、棉花及西兰花中均能影响开花时间。中国农业科学院作物科学研究所研究人员拿着水稻OsEMF2基因的序列当“寻人启事”，很快在小麦基因组序列中比对出它的小麦“亲戚”——TaEMF2，它与水稻亲戚大约73%长得一样，但它是否和水稻基因拥有相同的开花调控功能呢？
二、TaEMF2基因抽穗“闹铃”功能的验证
想要确定基因的功能，可以用一增一减来验证，一方面可以让基因“多干活”——通过超表达转基因技术，在小麦中增加额外的基因表达，观察其大量超额发挥作用时的植株表型。另一方面可以让基因“不干活”——用基因编辑技术（如CRISPR等）像“剪刀”一样，精准剪掉小麦里的目标基因，使其完全丧失功能，观察其缺失时出现的表型。“不干活”的基因编辑实验显示，敲除TaEMF2基因的植株的抽穗期比对照植株推迟了3~4天。说明该基因能促进开花，缺失导致开花延迟（图2）。
图2 TaEMF2基因编辑植株的表型，红色箭头指向已抽穗的麦穗
“多干活”实验也进一步印证，TaEMF2超表达转基因植株的抽穗期比对照植株提前了2~3天。两组实验共同证实，TaEMF2是可以调控小麦抽穗的“闹铃”基因（图3）。
图3 TaEMF2基因超表达植株的表型，红色箭头指向已抽穗的麦穗
三、TaEMF2基因的研究意义
实验证据明确了TaEMF2基因能够调控小麦抽穗期的功能，这使人为精细调控小麦抽穗期成为可能。在寒冷地区，可以延迟抽穗以免小麦遭受晚霜冻害。在热浪频发地区，可以提早抽穗减少花后高温胁迫、稳定产量，还可以缩短小麦生长周期以腾出时间种植下一季作物。TaEMF2基因为小麦分子育种提供了关键靶点，为快速培育抗逆性强、产量高的小麦新品种，为筑牢粮食安全屏障提供有力支撑。
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