棉花生物学国家重点实验室

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实验室李付广团队揭示棉花间接防御害虫性状关键调控基因及作用机制

作者:棉花生物学国家重点实验室办公室 日期:2020/2/26 11:00:50 访问量:

    近日,实验室李付广团队在棉花间接防御害虫的遗传机制方面取得重要进展,发现亚洲棉中无蜜腺性状在中国的传播演化过程中受到强烈的选择作用,揭示了蜜腺发育的关键调控基因,并构建蜜腺生长发育的分子调控网络,为研究植物—动物互作和利用蜜腺性状育种奠定了基础。相关研究成果以“棉花花外蜜腺的遗传进化分析(Genetic and Evolution Analysis of Extrafloral in Cotton)”为题在线发表于国际知名期刊《植物生物技术(Plant Biotechnology Journal)》上。
  花外蜜腺分布十分广泛,在被子植物100多个科中都有报道,可作为植物间接防御害虫性状,其分泌的蜜汁可以作为食物吸引蚂蚁等互惠动物来对抗食草性昆虫,增加植物—互惠动物适应性,对研究植物—动物互作及抗虫育种具有重要意义。然而花外蜜腺在植物科学中的研究相对薄弱,被称为“植物科学的沉睡之美(The Sleeping Beauty of Plant Science)”。该研究调查了棉属27个种的叶片蜜腺,发现亚洲棉中无蜜腺性状是由自然突变产生。进一步对有/无叶蜜腺棉花材料进行染色体分化情况分析,发现无蜜腺性状受到强烈的自然/人工选择作用,推测无蜜腺性状更适合中国南方和长江流域的农业地理气候。精细定位将候选区间缩小到~96kb,该区间包含3个基因,其中GaNEC1基因所编码蛋白包含5个氨基酸删除,推测该突变可能引起蛋白质三维结构改变,导致蛋白功能发生改变。该基因受到茉莉酸、茉莉酸抑制剂、乙烯、生长素及伤害诱导,在有蜜腺棉花品种中干涉该基因表达,发现蜜腺细胞的形态发生明显变化,证实该基因参与调控棉花蜜腺发育。构建了蜜腺生长发育的调控网络,发现苯丙烷代谢途径可能在棉花间接防御过程中发挥重要作用,对棉花抗虫育种具有重要意义。
  中棉所在读硕士生胡伟为论文的第一作者,李付广研究员和杨召恩副研究员为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、转基因重大专项、中国农科院创新工程等经费的支持。
    原文链接:https://doi.org/10.1111/pbi.13366