自孟德爾利用豌豆開展遺傳雜交實驗以來，豌豆就是最早研究復葉發(fā)育的模式植物?？茖W家在豌豆中已鑒定到多個經典的葉突變體，包括Unifoliata（uni）、afila（af）、tendril-less（tl）、cocholeata（coch）、stipule reduced（st）。豌豆的葉型主要包括普通葉型、無須葉型、全卷須型、碎葉型四種。20世紀70年代，豌豆育種家引入af突變開發(fā)了“半無葉”豌豆品種，該突變特征是所有小葉轉化為卷須分枝，但保留了一對正常的托葉。“半無葉”株型具有諸多優(yōu)點，如無需搭架、耐密植、抗倒伏、減少葉片遮蔭、不利于病蟲害繁殖、具有顯著的早熟性、能夠在不同氣候下種植、適合培育秋季播種的耐寒品種。半個世紀以來，af“半無葉”突變在全世界廣泛應用，而截至目前AF基因位點尚未得到克隆。

 

　　近日，中國科學院西雙版納熱帶植物園植物功能基因研究組以Mutations of?PsPALM1a and PsPALM1b associated with the afila Phenotype in Pea為題在Physiologia Plantarum上發(fā)表研究成果，初步解析了經典的卷須突變葉型調控基因座。研究人員對afila突變體進行表型統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，該突變體復葉的基部側小葉全部被轉化為卷須分枝，而頂部的卷須結構相比野生型沒有顯著變化；利用常規(guī)PCR和測序分析進行精細定位發(fā)現(xiàn)，AF基因座高度關聯(lián)到兩個串聯(lián)排列的PsPLAM1a和PsPLAM1b基因，它們都編碼C2H2的鋅指蛋白轉錄因子，與已報道的蒺藜苜蓿PALM1、鷹嘴豆MPL1和耬斗菜POP為直系同源基因；在af突變體中包含PsPLAM1a和PsPLAM1b的基因座發(fā)生了復雜的大片段的缺失。進一步原位雜交顯示，PsPALM1a和PsPALM1b在早期復葉原基基部小葉原基中特異性高表達，而在復葉原基頂部（將來發(fā)育為卷須的區(qū)域）和托葉原基低表達。研究發(fā)現(xiàn)，通過VIGS介導PsPALM1a和PsPALM1b的基因沉默能促使基部的側小葉被轉化為卷須。此外，類似于蒺藜苜蓿和鷹嘴豆，PsPALM1a和PsPALM1b基因通過抑制LFY同源基因UNI的時空表達模式來決定復葉基部小葉的命運。與野生型相比，af突變體中UNI（PsLFY）在莖尖和復葉原基中的表達量顯著上調。原位雜交顯示，野生型復葉原基基部側小葉原基一旦起始，其UNI的表達立即被抑制，而af復葉原基早期從基部起始的新的原基也能檢測到很強的UNI信號。

 

　　該研究發(fā)現(xiàn)了豌豆經典突變體afila的候選突變基因是PsPALM1a和PsPALM1b，進一步明晰了保守的分子調控模塊AF-UNI（豌豆）/MPL1-CaLFY（鷹嘴豆）/PALM1-SGL1（蒺藜苜蓿）是如何介導不同復葉形態(tài)建成的，這為理解自然界復葉形態(tài)多樣性的形成機制提供了新的啟發(fā)，同時為豌豆半無葉性狀的分子育種和遺傳改良提供了理論指導和基因資源。

 

　　研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、云南省基礎研究計劃等的支持。