調整農作物株型可提高作物的產(chǎn)量，用以緩解由于人口增多產(chǎn)生的糧食危機。在育種上，株高和分枝是決定植物株型和產(chǎn)量的兩個重要因素，植株過高則易倒伏，進而使作物產(chǎn)量下降；過多或過少的分枝也會影響作物的產(chǎn)量，株高和分枝這兩個農藝性狀主要受植物激素調控。農業(yè)“綠色革命”具有重要意義，尋找作物的半矮稈株型一直是植物學家的目標。引發(fā)“綠色革命”的赤霉素（GA）在株高和分枝發(fā)育的調控中發(fā)揮作用，豆科植物在農業(yè)和生態(tài)系統(tǒng)中均發(fā)揮重要作用，但是目前，關于其株高和分枝發(fā)育的研究及GA在其中的作用鮮有報道，這制約豆科作物的育種改良。
豆科植物蒺藜苜蓿具有二倍體、基因組較小、閉花自花授粉、遺傳轉化體系較為成熟等優(yōu)點，因而是豆科的模式植物。中國科學院西雙版納熱帶植物園熱帶植物資源可持續(xù)利用重點實驗室研究員陳江華團隊從蒺藜苜蓿突變體庫的資源中分離到矮化且分枝數(shù)量增多的突變株系dwarf and increased branching 1（dib1）。細胞學分析顯示，莖節(jié)間細胞長度和細胞數(shù)目減少共同導致突變體矮化；統(tǒng)計學分析表明，dib1突變體的二級分枝數(shù)量顯著多于野生型。研究人員通過基因組重測序與遺傳連鎖分析，克隆dib1基因。進化分析說明，該基因編碼的蛋白dib1是豌豆中LE/PsGA3ox1的直系同源蛋白，暗示該基因可能參與GA的生物合成；進一步通過測定激素含量，證實dib1突變體中的活性GA顯著下降。此外，在突變體中多個GA合成基因的表達量上調，并且通過對突變體施加GA，可同時恢復株高和葉腋發(fā)育上的缺陷。該研究揭示dib1通過影響蒺藜苜蓿體內活性GA的含量，從而調控其株高和分枝數(shù)量。相關研究成果以Dwarf and Increased Branching 1 controls plant height and axillary bud outgrowth in Medicago truncatula為題，發(fā)表在Journal of Experimental Botany上。版納植物園博士研究生張曉嘉為論文第一作者，研究團隊成員劉宇和陳江華為論文的通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金-云南省聯(lián)合基金、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項和中科院核心植物園等的資助。
研究團隊在蒺藜苜蓿突變體中篩選到另一個極度矮化的突變體mini plant 1（mnp1）。通過統(tǒng)計分析野生型和突變體節(jié)間長度及細胞長度，發(fā)現(xiàn)莖節(jié)間細胞長度和細胞數(shù)目減少共同導致突變體矮化。利用基因組重測序，研究人員克隆該基因mnp1。進化分析表明，mnp1與豌豆、擬南芥、番茄和水稻等物種中報道的CPS蛋白（GA合成早期酶）關系較近，含有CPS蛋白行使功能所需的保守結構域。此外，擬南芥mnp1突變體極度矮化的缺陷表型被異源轉入的MNP1基因恢復。該結果證明mnp1具調控株高發(fā)育的功能，表明CPS蛋白在擬南芥和蒺藜苜蓿中功能保守。相關研究成果以Cloning and functional analysis of dwarf gene Mini Plant 1（mnp1）in Medicago truncatula為題，發(fā)表在International Journal of Molecular Sciences上。版納植物園已畢業(yè)碩士研究生郭詩琦和張曉嘉為論文的并列第一作者，研究團隊成員賀亮亮和陳江華為論文的通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金項目的資助。
圖1.dib1在蒺藜苜蓿中同時調控株高和分枝的發(fā)育
圖2.蒺藜苜蓿mnp1-1嚴重矮化表型
地區(qū)：
魯公網(wǎng)安備 37060202000128號
