7月14日，Plant Biotechnology Journal在線發(fā)表了華中農(nóng)業(yè)大學(xué)傅廷棟院士領(lǐng)銜的油菜雜種優(yōu)勢(shì)利用課題組題為“Increased seed number per silique in Brassica juncea by deleting cis-regulatory region affecting BjCLV1 expression in carpel margin meristem”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)芥菜型油菜BjCLV1通過(guò)調(diào)控心皮邊緣分生組織穩(wěn)態(tài)功能促進(jìn)了多室角果形成。
據(jù)研究人員介紹，提高產(chǎn)量是油菜遺傳改良的永恒目標(biāo)。油菜角果性狀可以直接影響油菜的產(chǎn)量，主要是因?yàn)榻枪诎l(fā)育成熟時(shí)期，既作為“庫(kù)”的重要儲(chǔ)存器官，又作為“源”的重要光合器官。因此，改良角果性狀是油菜高產(chǎn)育種中較為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。多室角果油菜由于其每角果粒數(shù)顯著多于普通兩室材料，具有潛在的增產(chǎn)效益受到很多研究者的關(guān)注。
研究人員發(fā)現(xiàn)，普通油菜的成熟角果是由2個(gè)角果皮組成，角果開(kāi)裂后，其內(nèi)部可見(jiàn)1個(gè)“I”型假隔膜把角果隔成2個(gè)果室，每個(gè)果室都有1排籽粒；而三室油菜的成熟角果是由4個(gè)角果皮組成，角果內(nèi)部是由1個(gè)“II”型假隔膜隔成3個(gè)果室，中間的大果室含有2排籽粒，兩邊小果室各含有1排籽粒。三室角果的每角粒數(shù)較兩室角果顯著增多，具有潛在的增產(chǎn)效果。
在全生育期比較這兩種油菜的表型差異，發(fā)現(xiàn)僅在花發(fā)育第5期（即心皮原基占據(jù)花分生組織）時(shí)，2個(gè)心皮原基的融合部位含有一個(gè)分生組織特性的組織，心皮邊緣分生組織（CMM），三室油菜的雌蕊CMM較兩室油菜膨大；隨后，含有膨大CMM的雌蕊發(fā)育形成三室角果。與CMM相比，其他分生組織未見(jiàn)差異。
圖位克隆到控制三室角果性狀的2個(gè)隱性核基因中的另一個(gè)基因mc2，是一個(gè)擬南芥CLV1同源基因BjA7.CLV1。BjA7.CLV1的啟動(dòng)子調(diào)控區(qū)域含有一段914-bp缺失序列，該缺失序列不改變BjA7.CLV1蛋白的結(jié)構(gòu)和功能，僅使BjA7.CLV1在雌蕊子房中的表達(dá)量下降。這些結(jié)果和三室角果的表型結(jié)果吻合。
轉(zhuǎn)基因互補(bǔ)驗(yàn)證必須含有全長(zhǎng)啟動(dòng)子的BjA7.CLV1基因才能恢復(fù)兩室角果表型，而啟動(dòng)子不含有這段914-bp缺失序列的BjA7.CLV1基因不能夠恢復(fù)兩室角果表型。表明914-bp缺失序列中含有調(diào)控BjA7.CLV1在CMM中特異表達(dá)的順式調(diào)控元件。
通過(guò)對(duì)十字花科物種中CLV1同源基因的啟動(dòng)子區(qū)域進(jìn)行共線性分析，發(fā)現(xiàn) mc2啟動(dòng)子的914-bp缺失序列在這些同源基因的啟動(dòng)子區(qū)域十分保守。而且，啟動(dòng)子僅缺失這段共線性保守序列的BjB3.CLV1基因也僅影響該基因在維持CMM穩(wěn)態(tài)的功能。
該研究的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于通過(guò)表型證據(jù)和分子生物學(xué)證據(jù)解釋了J163-4的表型不同于其他多室油菜的原因，主要由于mc2的突變形式與其他報(bào)道的多室基因不一樣，提出了一種十字花科作物產(chǎn)量相關(guān)性狀改良的新思路，可以在不改變CLV1同源基因編碼蛋白功能的前提下，通過(guò)對(duì)這段保守順式調(diào)控序列進(jìn)行精準(zhǔn)編輯，起到僅微調(diào)CMM的發(fā)育，使其形成含有更多的籽粒的多室角果。
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士研究生王剛為該論文的第一作者，沈金雄教授為論文的通訊作者。該研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金（31571698）和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0101300）的支持。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13664
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