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版纳植物园在蒺藜苜蓿株型调控研究中取得新进展

时间:2020-10-04  来源:科技外事处  浏览次数:   作者:张晓嘉     打印  字体: 关闭

  农作物株型的调整可以有力地提高作物的产量,用以缓解由于人口增多产生的粮食危机。育种上,株高和分枝是决定植物株型和产量的两个重要因素,植株过高则易倒伏而使作物产量大幅下降,同时过多或过少的分枝也会影响作物的产量。 

  株高和分枝这两个农艺性状都主要受植物激素调控。农业上“绿色革命”曾挽救了数亿人的生命,寻找作物的半矮秆株型一直是植物学家的目标。引发“绿色革命”的赤霉素GA在株高和分枝发育调控中起着保守而至关重要的作用。豆科植物作为为人类和动物提供了主要蛋白来源的第二大经济作物,在农业和生态系统中都发挥举足轻重的作用,但是目前关于其株高和分枝发育的研究GA在其中的作用鲜有报道,这极大地制约了豆科作物的育种改良 

  豆科植物蒺藜苜蓿因其为二倍体基因组较小闭花自花授粉遗传转化体系较为成熟等优点,被用作豆科的模式植物。版纳植物园热带植物资源可持续利用重点实验室陈江华团队蒺藜苜蓿突变体库的丰富资源中分离到矮化且分枝数量增多的突变株系dwarf and increased branching 1 (dib1)。通过细胞学分析发现突变体矮化是由于茎节间细胞长度和细胞数目减少共同导致的。同时统计学分析表明,dib1突变体的二级分枝数量显著多于野生型。随后通过基因组重测序与遗传连锁分析,克隆了DIB1基因。进化分析表明,该基因编码的蛋白DIB1是豌豆中LE/PsGA3ox1的直系同源蛋白,暗示该基因可能参与GA的生物合成;进一步通过激素含量的测定证实dib1突变体中的活性GA显著下降。此外,在突变体中多个GA合成基因的表达量上调,并且通过对突变体施加GA可以同时恢复株高和叶腋发育上的缺陷。本研究的结果说明,DIB1通过影响蒺藜苜蓿体内活性GA的含量从而调控其株高和分枝数量。 

  相关研究结果以Dwarf and Increased Branching 1 controls plant height and axillary bud outgrowth in Medicago truncatula为题发表于国际学术期刊Journal of Experimental Botany。博士研究生张晓嘉为论文的第一作者,团队成员刘宇和陈江华研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金云南省联合基金、中科院先导项目和中科院核心植物园等项目的资助。 

DIB1在蒺藜苜蓿中同时调控株高和分枝的发育

  同时研究团队也在蒺藜苜蓿突变体中筛选到另一个极度矮化的突变体mini plant 1 (mnp1经过对野生型和突变体节间长度及细胞长度统计分析,发现突变体矮化是由于茎节间细胞长度和细胞数目减少共同导致。借助基因组重测序,我们克隆了该基因MNP1。进化分析表明,MNP1与豌豆、拟南芥、番茄水稻等物种中报道的CPS蛋白(GA合成早期酶)关系较近,也含有CPS蛋白行使功能所需的保守结构域。此外,拟南芥cps1突变体极度矮化的缺陷表型被异源转入的MNP1基因恢复该结果不仅证明MNP1具调控株高发育的功能,同时,也表明CPS蛋白在拟南芥和蒺藜苜蓿中功能保守。 

  相关研究结果以Cloning and functional analysis of dwarf gene Mini Plant 1 (MNP1) in Medicago truncatula为题发表于国际学术期刊International Journal of Molecular Sciences上。已毕业硕士研究生郭诗琦(现为中科院植物所博士研究生)和博士研究生张晓嘉为论文的并列第一作者,贺亮亮副研究员和陈江华研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目的资助。 

蒺藜苜蓿mnp1-1严重矮化表型

 

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