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云南农大在植物叶数和花期控制研究取得新进展
来源:科技处 时间:2020-09-30浏览次数:

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本站消息 植物的叶片数与分布是株型的决定性因子,而且叶片数也与植物开花时间密切相关——开花越早叶片数越少,反之亦然。这种特性对于以叶片为收获器官的植物尤为重要,这就是为什么早期抽薹会严重影响大白菜等农作物的产量和品质的主要原因。长期以来,决定叶片数多少和开花时间的基因一直是主要农作物研究的热点之一,前人曾用GWAS鉴定了水稻花期和产量相关的基因位点(Huang等,2012),但是对于非模式作物则研究很少。

近日,我校杨生超教授和董扬教授团队以我省特有药用植物灯盏花(Erigeron breviscapus)材料,通过基因组测序和重测序发现了控制叶片数和花期的关键基因,为下一步全基因组选择育种提供了可靠的依据。灯盏花的药用成分灯盏乙素在叶片中含量最高,而基生叶片数也是构成灯盏花产量的主要部分。因此,多叶一直是灯盏花的主要育种目标之一。项目组利用三代PacBio RSII和Hi-C数据获得了高质量灯盏花基因组,scaffold N50和contig N50分别达到156.82 Mb和140.95 kb,并成功挂载到9条假染色体(图1)。

图1.灯盏花基因组

灯盏花群体中有两种完全不同的单株,即多叶晚花类型和少叶早花类型(图2),两者单株干重相差达5-10倍。项目组对叶数少于20片的49个单株与多于120片的50个单株进行重测序。

图2.多叶晚花类型(A)和少叶早花类型(B)单株

GWAS挖掘调控叶数与花期相关SNP与候选基因(图3),最显著SNP关联的候选基因有ctg208.1, ctg2378.1, ctg2956.4, ctg566.11, ctg566.17和ctg2581.6,分别注释为吲哚-3-丙酮酸单氧酶2(YUC2)、玉米素-氧-葡糖转移酶(ZOG)、丝氨酸羧肽酶-样18(SCPL18)、F-盒蛋白(FBP)、丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶(PP1)及晚期胚胎富集蛋白(LEA,图4)。其中,YUC2可通过催化生长素合成来调控拟南芥莲座叶形成;SCP调控油菜素内酯信号来影响拟南芥叶形、延迟花期及衰老。FBP家族基因在植物中被研究,影响很多生物过程,如叶片衰老、分枝、开花、自交不亲和及应答生物与非生物胁迫。因此,结合前人基因功能研究及SNP显著性,推测YUC2, SCPL18及FBP是最有可能参与灯盏花叶片发育与开花的候选基因。

图3. GWAS分支数、叶数、植株重曼哈顿与QQ图

图4.灯盏花表型分布图及5个最显著SNP关联候选基因

灯盏花是我国重要的药用植物之一,是治疗心脑血管疾病的良好用药,相关药品有注射用灯盏花素、灯盏细辛注射液、灯盏花注射液等,总产值达50多亿元,药材需求量以每年15%的速度持续增长。本研究在杨生超教授团队完成灯盏花基因组草图解析基础上(Yang, et al., 2016),该团队长期从事于灯盏花研究,包括品种选育、有效成分生物合成。经过多年努力,灯盏花成为首个菊科中从全基因解析到实现酵母全合成药效成分的药用植物(Liu, et al., 2018)。

该研究结果以“High quality genome ofErigeron breviscapusprovides a reference for herbal plants in Asteraceae”为题在线发表于分子生态资源期刊Molecular Ecology Resources(论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/1755-0998.13257)(IF=6.286)。云南农业大学中药材国家地方联合工程研究中心和四梅博士、董笑、张广辉教授为该论文第一作者,董扬与杨生超教授为通讯作者。此研究获得国家自然科学基金委,云南省科学技术厅项目资助。

作者:佚名
编辑:张继来


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