石河子大学与浙江大学合作发现控制棉花果枝发育的关键基因

发布时间:18年03月17日 信息来源:科技局(知识产权局)、科协 编辑:石河子大学科研处
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作者:曾明军

在国家自然科学基金项目(项目编号:U1503284,31360366)和兵团中青年科技创新领军人才(2016BC001)资助下,石河子大学黄先忠教授课题组与浙江大学张天真教授课题组合作发现控制棉花果枝发育的关键基因。研究成果以“Mutation of SELF-PRUNING homologs in cotton promotes short-branching plant architecture”为题,于2018年3月14日在Journal of Experimental Botany上在线发表,论文链接:doi.org/10.1093/jxb/ery093。浙江大学的张天真教授和石河子大学黄先忠教授为该论文的通讯作者,浙江大学的司占峰、祝建坤和石河子大学的刘慧博士为共同第一作者。

棉花是世界上重要的纤维作物,棉花中果枝类型和排列方式形成棉花株型,影响栽培模式和产量。短果枝品种适合高密度种植,新疆棉区种植的长绒棉(即海岛棉)几乎都是短果枝类型。短果枝性状是适合棉花密植的一种理想株型,不仅产量高并且有利于机械化收割。生物学研究表明植物的CETS家族蛋白(也叫PEBP家族),包括金鱼草的CEN、拟南芥的TFL1和FT、番茄的SP蛋白,调控顶端分生组织的活性,最终决定株型结构和开花转变时间,影响到作物生长习性、产量及生产管理。FT/TFL1/SP在顶端分生组织与一个碱性亮氨酸拉链(bZIP)转录因子FD竞争性结合,促进有限生长、提早开花,或者维持无限生长、延迟开花转变。

该研究通过图位克隆及全基因组关联分析的方法分别从海岛棉和陆地棉中克隆了一个控制果枝发育的关键基因,该基因座与番茄的SP同源。海岛棉中GbSP蛋白单个氨基酸的突变导致腋生开花表型,形成零式型果枝,而陆地棉的GhSP蛋白单个氨基酸突变产生丛生铃(clustered boll)的表型。生化实验表明GhSP和GbSP蛋白与棉花FD蛋白强烈相互作用,暗示SP-FD互作模式在植物中的保守性,但突变的Ghsp和Gbsp蛋白均不能与FD发生相互作用,导致信号传递中断或减弱产生相应的零式型果枝或丛生铃表型。

该研究发现了SP同源基因在棉花中的新功能,为研究棉花果枝的发育机制提供了新的视野,并为短果枝或紧凑型棉花栽培品种的培育提供了基因资源,具有重要的应用潜力。

图:SP蛋白及突变的sp蛋白与转录因子FD的互作关系