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中棉所李付廣團隊揭示棉花間接防御害蟲性狀關鍵調控基因及作用機制

來源: 生物技術研究室 作者:楊召恩      訪問統計:       添加日期: 2020-02-26

  近日,中國農業科學院棉花研究所李付廣研究員團隊在棉花間接防御害蟲的遺傳機制方面取得重要進展,發現亞洲棉中無蜜腺性狀在中國的傳播演化過程中受到強烈的選擇作用,揭示了蜜腺發育的關鍵調控基因,并構建蜜腺生長發育的分子調控網絡,為研究植物—動物互作和利用蜜腺性狀育種奠定了基礎。相關研究成果以“棉花花外蜜腺的遺傳進化分析(Genetic and Evolution Analysis of Extrafloral in Cotton)”為題在線發表于國際知名期刊《植物生物技術(Plant Biotechnology Journal)》上。
  花外蜜腺分布十分廣泛,在被子植物100多個科中都有報道,可作為植物間接防御害蟲性狀,其分泌的蜜汁可以作為食物吸引螞蟻等互惠動物來對抗食草性昆蟲,增加植物—互惠動物適應性,對研究植物—動物互作及抗蟲育種具有重要意義。然而花外蜜腺在植物科學中的研究相對薄弱,被稱為“植物科學的沉睡之美(TheSleeping Beauty of Plant Science)”。該研究調查了棉屬27個種的葉片蜜腺,發現亞洲棉中無蜜腺性狀是由自然突變產生。進一步對有/無葉蜜腺棉花材料進行染色體分化情況分析,發現無蜜腺性狀受到強烈的自然/人工選擇作用,推測無蜜腺性狀更適合中國南方和長江流域的農業地理氣候。精細定位將候選區間縮小到~96 kb,該區間包含3個基因,其中GaNEC1基因所編碼蛋白包含5個氨基酸刪除,推測該突變可能引起蛋白質三維結構改變,導致蛋白功能發生改變。該基因受到茉莉酸、茉莉酸抑制劑、乙烯、生長素及傷害誘導,在有蜜腺棉花品種中干涉該基因表達,發現蜜腺細胞的形態發生明顯變化,證實該基因參與調控棉花蜜腺發育。構建了蜜腺生長發育的調控網絡,發現苯丙烷代謝途徑可能在棉花間接防御過程中發揮重要作用,對棉花抗蟲育種具有重要意義。
  中棉所在讀碩士生胡偉為論文的第一作者,李付廣研究員和楊召恩副研究員為論文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、轉基因重大專項、中國農科院創新工程等經費的支持。

 
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