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茉莉酸究竟如何調控小麥花藥開裂
發布時間:2020-03-02  【字體: 】 【來源:中國科學報】 【打印本頁】 【關閉窗口】 閱覽:10次

小麥是自花授粉作物,播種量大,繁殖系數相對較低,因此,建立完善的高產高效、高質量的雜交種子生產技術體系,是雜交小麥大面積應用的關鍵環節。

其中,小麥花藥是否開裂、開裂程度及開裂時間是影響雜交小麥制種產量、質量和成本的重要因素之一。

已有研究表明,植物花藥不開裂與茉莉酸類物質代謝相關,噴施外源茉莉酸甲酯可以使突變株的花藥開裂、育性恢復。然而,對于控制花藥開裂異常的因子及信號通路等相關機制,此前尚不清楚。

近日,北京市農林科學院/北京雜交小麥工程技術中心研究員張立平團隊系統剖析了茉莉酸甲酯通路上關鍵轉錄因子MYC基因家族及其功能,有望為小麥育種和改良提供新思路。相關成果發表于《BMC基因組學》雜志。

影響小麥雜交的關鍵因素論文第一作者、張立平團隊助理研究員白建芳博士告訴《中國科學報》,由北京雜交小麥工程技術中心主任趙昌平研究員創制的利用小麥光溫敏雄性不育系生產雜交種,即二系雜交小麥技術體系,發展十分迅速,已經成為國內外小麥雜種優勢利用的主要途徑。

光溫敏雄性不育系在不育環境下的雄蕊敗育程度影響其雜交種子的純度,可育環境下的自我繁殖能力影響其親本繁殖和制種成本。

張立平團隊前期研究發現,光溫敏雄性不育系BS366在可育環境下,花藥開裂不完全,存在“花粉儲留”現象,影響植株的散粉能力,在花粉可育度較高的情況下,結實率較低。因此,“花藥開裂度”成為影響小麥光溫敏不育系BS366育性的又一個關鍵因素。

白建芳介紹,先前通過噴施外源茉莉酸甲酯,也使BS366在可育環境下增加花藥開裂度,進而提高結實率,因此推測該不育系花藥開裂異常與茉莉酸合成及調控途徑相關。“同時,我們發現茉莉酸信號途徑參與了光溫敏雄性不育小麥的育性轉換,然而目前對其分子機制還不清楚。”

揭示茉莉酸信號調控機制“茉莉酸信號轉導途徑比較復雜,涉及多種調控過程,如植物生長發育、育性調控和植物免疫等。”白建芳說,MYC作為重要的轉錄因子,通過與茉莉酸結合調控茉莉酸應答基因的表達,但它是否參與了花藥開裂的調控、是以何種方式調控的,此前尚未有相關研究。

研究人員利用生物信息學及分子生物學等技術手段,共分離了小麥的11個TaMYC家族成員。結果發現,MYC轉錄因子除通過茉莉酸信號轉導通路調控花藥開裂外,該基因還受光敏色素構型轉換的調控。此外,MYC家族不同基因受調控的表達方式各有不同。

研究人員進一步通過序列比對預測,發現該基因家族可受不同miRNA調控。據此,研究人員進一步構建了miRNA調控的TaMYC基因對抗逆、茉莉酸、光信號及植物激素信號通路之間的調控網絡,可為進一步研究作物在花藥開裂及逆境脅迫方面提供理論參考。

“我們獲得了大量關于TaMYC家族的重要信息,有望為小麥育種,特別是光溫敏雄性不育系小麥的改良提供新的見解。同時提供了新的候選研究基因及miRNA資源。”張立平說。

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