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我科學家揭示棉花間接防御害蟲性狀關鍵調控基因及作用機制

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  近日,中國農業科學院棉花研究所研究發現亞洲棉中無花外蜜腺性狀在中國的傳播演化過程中受到強烈的選擇作用,揭示了蜜腺發育的關鍵調控基因,并構建蜜腺生長發育的分子調控網絡,為研究植物-動物互作和利用蜜腺性狀育種奠定了基礎。該研究成果在線發表在《植物生物技術(Plant Biotechnology Journal)》上。

  據李付廣研究員介紹,除根部外,植物的所有器官都可能產生具有分泌蜜汁功能的蜜腺,根據其生長部位可以分為花蜜腺和花外蜜腺。蜜腺可以分泌富含糖和氨基酸的蜜汁。花蜜腺的蜜汁可以吸引蜜蜂等授粉昆蟲,幫助開花植物授粉。與花蜜腺不同,花外蜜腺分泌的蜜汁可以為螞蟻等互惠昆蟲提供食物,螞蟻等反過來幫助植物對抗入侵的食草動物,二者互惠互利,因此花外蜜腺也被視為植物的間接防御性狀。然而花外蜜腺在植物科學中的研究相對薄弱,被稱為“植物科學的沉睡之美”。棉屬包含50多個種,可以分為8個染色體組,廣泛分布于美洲、非洲和澳洲。該研究調查了8個染色體組的27個種,發現棉屬的共同祖先種已經進化出花外蜜腺,現存的無花外蜜腺性狀是由自然突變產生的。進一步分析發現亞洲棉中無蜜腺性狀受到強烈的自然/人工選擇作用,推測無蜜腺性狀更適合中國南方和長江流域的農業地理氣候。利用人工群體進一步將控制蜜腺性狀發育的區間縮小到96 kb,該區間包含3個基因,其中GaNEC1基因內部發生突變,可能導致功能發生改變。該基因響應不同植物激素及機械損傷,在有蜜腺棉花品種中干涉該基因表達,導致蜜腺細胞的形態發生明顯變化,證實該基因參與調控棉花蜜腺發育。該研究還構建了蜜腺生長發育的調控網絡,發現苯丙烷代謝途徑可能在棉花間接防御過程中發揮重要作用,對棉花抗蟲育種具有重要意義。

  該研究得到國家自然科學基金、中國農科院科技創新工程、轉基因重大專項等經費支持。(通訊員 梁冰)

  原文鏈接:https://doi.org/10.1111/pbi.13366

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