近日,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所科研團隊在高等植物避蔭反應(yīng)調(diào)控機制方面取得新進展,首次闡明了光敏色素和基因調(diào)控模塊之間的互作聯(lián)系,完善了避蔭反應(yīng)的調(diào)控機理,為耐蔭、耐密植作物新品種的培育奠定了理論基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果8月24日在線發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊(Nature Communications)》上。
面對可用耕地日趨減少和人口的不斷增加,密植栽培是提高作物單位面積產(chǎn)量的有效途徑。然而,密植條件會引起植株的相互遮蔭導(dǎo)致植株感受的光照質(zhì)量發(fā)生改變,從而激發(fā)植株的一系列避蔭反應(yīng),表現(xiàn)為植株的株高增加,莖稈變細,葉片變窄、早衰,開花提早,分枝減少,最終導(dǎo)致植株產(chǎn)量降低。因此,生產(chǎn)上要求培育耐密植的作物品種,耐密高產(chǎn)必須具有合理的株型。耐密性的實質(zhì)是在高密度環(huán)境下作物群體光合效率高,光合產(chǎn)物源、流、庫合理高效運轉(zhuǎn),從而獲得較高的群體產(chǎn)量,而合理的株型將對密植條件下源、庫、流的合理分配起到重要的調(diào)節(jié)作用。過去研究表明,光敏色素是植物體內(nèi)感受紅光和遠紅光的主要光受體,具有抑制避蔭反應(yīng)的功能。然而,光敏色素如何調(diào)控下游基因表達從而調(diào)節(jié)避蔭反應(yīng)的分子機理尚不清楚。
生物所研究團隊發(fā)現(xiàn)擬南芥在遮蔭條件下光敏色素的功能受到抑制,導(dǎo)致其互作因子(phytochrome-interacting factors, PIFs)蛋白快速積累,并且這些PIF蛋白能與MIR156基因家族多個成員啟動子直接結(jié)合并抑制這些MIR156基因的表達,引起其靶基因SPL家族成員表達升高,后者進一步調(diào)控了植物株高、分枝數(shù)目、葉柄長度、葉片數(shù)目、葉片面積、開花時間等一系列重要農(nóng)藝性狀的改變。該研究首次闡明了光敏色素phyB-PIFs和miR156-SPLs調(diào)控模塊之間的互作聯(lián)系,完善了避蔭反應(yīng)的調(diào)控機理,為耐蔭、耐密植作物新品種的培育奠定了理論基礎(chǔ)。
生物所為論文第一完成單位,謝鈺容副研究員和劉揚博士為共同第一作者,王海洋研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金委和北京市自然科學(xué)基金委的資助。(通訊員 崔艷)
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