The introduction of the Reduced height (Rht)-B1b and Rht-D1b semidwarfing genes led to impressive increases in wheat (Triticum aestivum) yields during the Green Revolution. The reduction in stem elongation in varieties containing these alleles is caused by a limited response to the phytohormone gibberellin (GA), resulting in improved resistance to stem lodging and yield benefits through an increase in grain number. Rht-B1 and Rht-D1 encode DELLA proteins, which act to repress GA-responsive growth, and their mutant alleles Rht-B1b and Rht-D1b are thought to confer dwarfism by producing more active forms of these growth repressors. While no semidwarfing alleles of Rht-A1 have been identified, we show that this gene is expressed at comparable levels to the other homeologs and represents a potential target for producing novel dwarfing alleles. In this study, we have characterized additional dwarfing mutations in Rht-B1 and Rht-D1. We show that the severe dwarfism conferred by Rht-B1c is caused by an intragenic insertion, which results in an in-frame 90-bp insertion in the transcript and a predicted 30-amino acid insertion within the highly conserved amino-terminal DELLA domain. In contrast, the extreme dwarfism of Rht-D1c is due to overexpression of the semidwarfing Rht-D1b allele, caused by an increase in gene copy number. We show also that the semidwarfing alleles Rht-B1d and Rht-B1e introduce premature stop codons within the amino-terminal coding region. Yeast two-hybrid assays indicate that these newly characterized mutations in Rht-B1 and Rht-D1 confer "GA-insensitive" dwarfism by producing DELLA proteins that do not bind the GA receptor GA INSENSITIVE DWARF1, potentially compromising their targeted degradation.

To meet the growing demand for food, substantial improvements in yields are needed. This is particularly the case for wheat, where global yield has stagnated in recent years. Increasing photosynthesis has been identified as a primary target to achieve yield improvements. To increase leaf photosynthesis in wheat, the level of the Calvin–Benson cycle enzyme sedoheptulose-1,7-biphosphatase (SBPase) has been increased through transformation and expression of a Brachypodium distachyon SBPase gene construct. Transgenic lines with increased SBPase protein levels and activity were grown under greenhouse conditions and showed enhanced leaf photosynthesis and increased total biomass and dry seed yield. This showed the potential of improving yield potential by increasing leaf photosynthesis in a crop species such as wheat. The results are discussed with regard to future strategies for further improvement of photosynthesis in wheat. This article is part of the themed issue ‘Enhancing photosynthesis in crop plants: targets for improvement’.

Abstract Increasing dietary fibre (DF) intake is an important target to improve health and an attractive strategy for this is to increase the fibre content of staple foods, particularly white bread which is the staple food in many countries. DF in wheat white flour is derived principally from the endosperm cell wall polysaccharide arabinoxylan (AX) and the water-extractable form of this (WE-AX) accounts for the majority of soluble dietary fibre (SDF), which is believed to confer particular health benefits. We previously identified QTLs for soluble dietary fibre (SDF) on 1B and 6B chromosomes in wheat in biparental populations. Here we show that the 6B high SDF allele encodes a peroxidase protein (PER1-v) with a single missense compared to the more common low SDF form (PER1). Wheat lines with the natural PER1-v allele and with an induced knock-out mutation in PER1 showed similar characteristics of reduced dimerization of ferulate associated with water-extractable WE-AX. Decreased ferulate dimerization is associated with decreased cross-linking of the WE-AX chains and increased solubility of AX. Transiently expressed PER1_RFP fusion driven by native promoter in wheat endosperm was shown to localise to cell walls whereas PER1-v_RFP did not; we therefore propose that PER1-v lacks capacity to dimerise AX ferulate in vivo due to mis-localisation. PER1 is the first peroxidase reported to be responsible for oxidative coupling of ferulate on AX, a key process in all grass cell walls. Understanding its role and the effect of variants on AX properties offers a route to control the properties of wheat DF in the human diet.

The fungus Zymoseptoria tritici is the causal agent of Septoria Tritici Blotch (STB) disease of wheat leaves. Z. tritici secretes many functionally uncharacterised effector proteins during infection. Here we characterised a secreted ribonuclease (Zt6) with an unusual biphasic expression pattern. Transient expression systems were used to characterise Zt6, and mutants thereof, in both host and non-host plants. Cell-free protein expression systems monitored impact of Zt6 protein on functional ribosomes, and in vitro assays of cells treated with recombinant Zt6 determined toxicity against bacteria, yeasts and filamentous fungi. We demonstrated that Zt6 is a functional ribonuclease and that phytotoxicity is dependent on both the presence of a 22-amino acid N-terminal loop region and its catalytic activity. Zt6 selectively cleaves both plant and animal rRNA species, and is toxic to wheat, tobacco, bacterial and yeast cells but not to Z. tritici itself. Zt6 is the first Z. tritici effector demonstrated to have a likely dual functionality. The expression pattern of Zt6 and potent toxicity towards microorganisms suggests that whilst it may contribute to the execution of wheat cell death, it is also likely to have an important secondary function in antimicrobial competition and niche protection.

Abstract The CRISPR/Cas technology has recently become a molecular tool of choice for gene function studies in plants as well as crop improvement. Wheat is a globally important staple crop with a well annotated genome and there is plenty of scope for improving its agriculturally important traits using genome editing technologies, such as CRISPR/Cas. As part of this study we targeted three different genes in hexaploid wheat Triticum aestivum : TaBAK1-2 in the spring cultivar Cadenza as well as Ta-eIF4E and Ta-eIF(iso)4E in winter cultivars Cezanne, Goncourt and Prevert. The primary transgenic lines carrying CRISPR/Cas-induced indels were successfully generated for all targeted genes. As winter wheat varieties are generally less amenable to genetic transformation, the successful experimental methodology for transformation and genome editing in winter wheat presented in this study will be of interest to the research community working with this crop.