豌豆經(jīng)典卷須突變體調(diào)控基因研究獲進(jìn)展

　　自孟德爾利用豌豆開展遺傳雜交實驗以來，豌豆就是最早研究復(fù)葉發(fā)育的模式植物?？茖W(xué)家在豌豆中已鑒定到多個經(jīng)典的葉突變體，包括Unifoliata（uni）、afila（af）、tendril-less（tl）、cocholeata（coch）、stipule reduced（st）。豌豆的葉型主要包括普通葉型、無須葉型、全卷須型、碎葉型四種。20世紀(jì)70年代，豌豆育種家引入af突變開發(fā)了“半無葉”豌豆品種，該突變特征是所有小葉轉(zhuǎn)化為卷須分枝，但保留了一對正常的托葉。“半無葉”株型具有諸多優(yōu)點，如無需搭架、耐密植、抗倒伏、減少葉片遮蔭、不利于病蟲害繁殖、具有顯著的早熟性、能夠在不同氣候下種植、適合培育秋季播種的耐寒品種。半個世紀(jì)以來，af“半無葉”突變在全世界廣泛應(yīng)用，而截至目前AF基因位點尚未得到克隆。

 

　　近日，中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園植物功能基因研究組以Mutations of?PsPALM1a and PsPALM1b associated with the afila Phenotype in Pea為題在Physiologia Plantarum上發(fā)表研究成果，初步解析了經(jīng)典的卷須突變?nèi)~型調(diào)控基因座。研究人員對afila突變體進(jìn)行表型統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，該突變體復(fù)葉的基部側(cè)小葉全部被轉(zhuǎn)化為卷須分枝，而頂部的卷須結(jié)構(gòu)相比野生型沒有顯著變化；利用常規(guī)PCR和測序分析進(jìn)行精細(xì)定位發(fā)現(xiàn)，AF基因座高度關(guān)聯(lián)到兩個串聯(lián)排列的PsPLAM1a和PsPLAM1b基因，它們都編碼C2H2的鋅指蛋白轉(zhuǎn)錄因子，與已報道的蒺藜苜蓿PALM1、鷹嘴豆MPL1和耬斗菜POP為直系同源基因；在af突變體中包含PsPLAM1a和PsPLAM1b的基因座發(fā)生了復(fù)雜的大片段的缺失。進(jìn)一步原位雜交顯示，PsPALM1a和PsPALM1b在早期復(fù)葉原基基部小葉原基中特異性高表達(dá)，而在復(fù)葉原基頂部（將來發(fā)育為卷須的區(qū)域）和托葉原基低表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，通過VIGS介導(dǎo)PsPALM1a和PsPALM1b的基因沉默能促使基部的側(cè)小葉被轉(zhuǎn)化為卷須。此外，類似于蒺藜苜蓿和鷹嘴豆，PsPALM1a和PsPALM1b基因通過抑制LFY同源基因UNI的時空表達(dá)模式來決定復(fù)葉基部小葉的命運(yùn)。與野生型相比，af突變體中UNI（PsLFY）在莖尖和復(fù)葉原基中的表達(dá)量顯著上調(diào)。原位雜交顯示，野生型復(fù)葉原基基部側(cè)小葉原基一旦起始，其UNI的表達(dá)立即被抑制，而af復(fù)葉原基早期從基部起始的新的原基也能檢測到很強(qiáng)的UNI信號。

 

　　該研究發(fā)現(xiàn)了豌豆經(jīng)典突變體afila的候選突變基因是PsPALM1a和PsPALM1b，進(jìn)一步明晰了保守的分子調(diào)控模塊AF-UNI（豌豆）/MPL1-CaLFY（鷹嘴豆）/PALM1-SGL1（蒺藜苜蓿）是如何介導(dǎo)不同復(fù)葉形態(tài)建成的，這為理解自然界復(fù)葉形態(tài)多樣性的形成機(jī)制提供了新的啟發(fā)，同時為豌豆半無葉性狀的分子育種和遺傳改良提供了理論指導(dǎo)和基因資源。

 

　　研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、云南省基礎(chǔ)研究計劃等的支持。