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《版纳植物园在开花关键转录因子CO负调控植物的耐盐性方面获进展》

  • 来源专题：生物育种
  • 编译者： 季雪婧
  • 发布时间：2023-07-06

  •     开花途径关键转录因子CO（CONSTANS）是植物响应光周期信号诱导开花过程的关键决定因子之一。在长日照（LD）条件下，植物幼叶维管组织韧皮部中的CO蛋白结合成花素基因FT的启动子，从而激活FT基因的表达，促进植物开花过程。此外，CO基因还在植物嫩叶叶肉细胞和根部等多个组织中表达，而相应的生物学功能及其分子机制研究甚少。

        近期，中国科学院西双版纳热带植物园植物环境适应性研究组发现，CO基因的表达受盐害胁迫的抑制。该团队通过基因功能分析发现，CO负调控拟南芥的耐盐能力。CO功能缺失突变体较野生型植株具有更强的耐盐性；相反，CO的高表达转基因植株与野生型相比则具有更弱的耐盐性。相一致地，CO能抑制某些盐胁迫信号通路下游响应基因的表达。分子机理研究表明，CO与ABA信号途径关键转录因子ABFs（ABF1、ABF2、ABF3和ABF4）相互作用形成蛋白复合物。CO能结合盐胁迫信号通路某些下游响应基因（如RD29A和RD20）的启动子区域，并拮抗ABF3的转录功能，进而抑制植物耐盐胁迫的能力。

        该研究发现了CO蛋白除调控开花以外新的重要生物学功能，在分子水平解析了CO与ABF3等蛋白互作调控植物耐盐性的分子机理，这对于剖析植物环境适应性的分子调控机理具有一定的科学意义。相关研究成果以CONSTANS interacts with and antagonizes ABF transcription factors during salt stress under long-day conditions为题，发表在《植物生理学》（Plant Physiology）上。研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会及云南省基础研究计划项目等的支持。

  • 原文来源：http://www.cas.cn/syky/202307/t20230703_4919170.shtml
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相关报告

  • 《华南植物园等在异型花柱植物的交配多样性演化研究中获进展》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：姜丽华
    • 发布时间：2023-02-08
    • 繁殖是植物生活史中最重要的阶段之一。在繁殖过程中雌雄配偶的交配组合受到植物本身生物学特征以及其他生物和非生物因子的共同影响。不同的交配组合影响植物产生后代的数量、植物传递给后代的遗传多样性，导致群体间的遗传分化、性系统的转变，甚至最终促进新物种的形成。因此，揭示物种的交配多样性与影响因素对于探讨其演化具有重要意义。   异型花柱多态性是一种由超基因（S-locus supergene）控制的花形态结构的多样性，表现在群体中有两种或者三种雌雄蕊相互异位的花（图1）。这种花的多态性结构至少出现在28个被子植物科中，主要是为促进异交授粉、提高花粉传递精确性。然而，由于基因突变以及生物因子（如传粉者）和非生物因子的共同作用，有时异型花柱多态性结构难以稳定维持，在群体间和群体内产生极大变异，最终促进植物交配系统的多样性演化（图1）。   中国科学院华南植物园植物中心以异型花柱植物迎阳报春（Primula oreodoxa）为研究对象，采用分子标记的手段检测不同群体的母系交配集合（自交率、花型间交配比例、雄配偶多样性），探究异型花柱多态性结构的演化趋势。迎阳报春具有极高的花型变异，包括二型花柱群体、混合群体和同型花柱群体（图2）；迎阳报春不同于典型异型花柱植物，具有自交亲和性，且传统定义的非法授粉（授粉不亲和）在迎阳报春中能够正常产生种子。因此，迎阳报春的不同群体分别有6种、12种和2种交配组合（图2），是探索植物交配系统演化的理想模式。   研究发现：（1）同型花柱群体的自交率最高，混合群体的自交率是二型花柱群体的约2倍；（2）从二型花柱群体，到混合群体，再到同型花柱群体，雄配偶多样性显著下降，且配偶多样性和群体的自交率呈显著的负相关关系（图3）；（3）花型间异交/花型内异交比例在不同群体间具有显著差异，但与群体的自交率以及配偶多样性无显著相关性，其中，DWS群体主要发生花型间交配，因此其二型花柱多态性能够维持，而WWS群体主要发生花型内交配，二型花柱多态性可能难以维持，朝着单态花型的方向演化；（4）随着海拔升高，长喙传粉昆虫访花显著降低，在这些生境中同型花柱可能会取代二型花柱，群体将演化为具有高度自交的同型花柱群体，或者具有混合交配系统的同型花柱群体；（5）将群体的花型频率纳入考虑，发现除DWS外几乎所有的多态群体都接近于随机交配（图4），不支持达尔文关于异型花柱群体主要促进花型间异交的假说。   相关研究与传统教科书描述的异型花柱植物中对称性的异型交配不一致。在二型花柱和混合群体中，自交亲和性、雌雄蕊隔离变异以及植物与传粉昆虫的相互作用常使得非选型（异型）交配的偏离，致使花型多态性结构的崩溃和替代性的繁殖策略演化。通过量化伴随这些转变的早期的交配多样性，该研究强调了群体的交配模式在花的表型分化和生殖隔离演化中可能发挥的关键作用。   该工作是科研团队在报春花科异型花柱交配系统演化方面取得的系列成果之一。该团队前期以迎阳报春为研究对象，揭示了异型花柱向同型花柱转变的遗传后果和相关生态因子（Yuan et al., 2017, Annals of Botany），验证了同型花柱起源于与超基因（S-locus）相关的主效基因的基因突变/重组（Yuan et al., 2019, Heredity），发现了CYP734A50基因所在的基因共表达模块与花柱长度调控显著相关（Zhao et al., 2020, Heredity），最后发现了从异型花柱向同型花柱转变伴随着花气味的丢失是新的自交综合征（Zeng et al., 2022, Journal of Systematics and Evolution）。进一步，该团队将综合繁殖成功，近交衰退和父母本两个维度的交配多样性来衡量在移栽实验中同型花柱能在多大程度上替代二型花柱个体，为交配系统转变提供实证研究案例。   近日，相关研究成果以Diverse mating consequences of the evolutionary breakdown of the sexual polymorphism heterostyly为题，发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。研究工作得到国家自然科学基金青年科学基金项目、面上项目以及新疆联合基金等的支持。加拿大多伦多大学、加拿大卡尔加里大学的科研人员参与研究。
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  • 《武汉植物园在莲开花调控的分子机制研究中获进展》
    • 来源专题：生物育种
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2024-01-24
    •     莲（荷花）是我国传统名花之一，颇具观赏价值。开花这一生物学行为是营养生长转向生殖生长的重要标志，开花时间也是决定莲观赏价值的重要因素。前期不同发育时期莲花芽的比较转录组数据表明，FT基因是关键的差异表达基因，暗示其在莲开花调控中的重要作用。然而，NnFT基因的功能及其调控开花的分子机制尚不清楚。     中国科学院武汉植物园莲种质资源与遗传育种研究团队，通过全基因组鉴定分析发现莲中共存在8个NnFT同源基因。其中，NnFT2和NnFT3是两个主要的优势表达同源基因，在花相关器官和叶片中表达水平较高，且它们的启动子活性在叶片的维管组织中表现出较强的GUS信号。进一步，研究结合酵母双杂交（Y2H）和双分子荧光互补实验（BIFC），证明NnFT2、NnFT3蛋白能够与诱导开花复合体成员NnFD互作。在拟南芥突变体ft-10中异源表达NnFT2和NnFT3基因，拟南芥突变体的开花时间显著提前，证明NnFT2和NnFT3基因调控植物开花的生物学功能。上述研究揭示了莲NnFTs基因调控开花的分子机制，为莲花期的遗传改良提供了理论依据和基因资源。相关研究成果以FLOWERING LOCUS T?genes control floral induction in lotus为题，发表在《植物生理学与生物化学》（Plant Physiology and Biochemistry）上。研究工作得到中国科学院和国家自然科学基金委员会的支持。
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