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44sb.com:人才强校|张小兰教授课题组在黄瓜分枝调控上取得进展

园艺学院 2019年08月08日 报道 浏览次数:

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本网讯 近日,园艺学院张小兰教授课题组在PNAS杂志在线发表题为“CsBRC1 inhibits axillary bud outgrowth by directly repressing the auxin efflux carrier CsPIN3 in cucumber”的研究论文。该研究发现在黄瓜由野生型(多侧枝)向栽培种(少侧枝)的驯化过程中侧枝调控基因CsBRC1(Branched1)的表达量逐渐增高,在侧枝中直接抑制生长素运输基因PIN3(PIN-FORMED 3)的活性,导致侧枝中生长素过量积累,从而抑制黄瓜侧枝的生长发育。

 

 

黄瓜属葫芦科, 是世界上主要的蔬菜作物之一, 在我国各地广泛种植,也是主要的温室栽培蔬菜之一,具有性型多样、侧枝长势区别明显等遗传特点。侧枝的长势是黄瓜的一个重要农艺性状, 侧枝长势过强, 影响主蔓生长, 同时也给黄瓜生产管理带来诸多不便,需要人工去掉侧枝。因此目前国内倾向于种植侧枝长势较弱的品系,而国外为了便于利用机器人采收, 则会选用侧枝长势极强的品系。

生长素在植物顶端优势形成中起关键作用,被认为是间接抑制侧芽伸长。 TCP家族的BRANCHED1(BRC1) /TB1基因是多个环境信号和发育因素的中央调控因子,特异性抑制侧芽伸长。但生长素与BRC1 /TB1蛋白之间的直接联系尚没有报道。

张小兰课题组发现,在黄瓜中,BRANCHED1(CsBRC1)在腋芽中特异表达,并且在黄瓜栽培品种(少侧枝)中表现出比野生品种(多侧枝)具有更高的表达水平。在黄瓜中沉默CsBRC1促进了侧芽的生长,并减少了侧芽中生长素的积累。CsBRC1干扰植株与野生型植株的RNA-seq数据比较显示,生长素外排基因PIN-FORMED 1 (CsPIN1)和PIN-FORMED 3 (CsPIN3) 的表达量显著升高。对黄瓜(多侧枝)的侧芽施加生长素运输抑制剂能够抑制其生长,进一步说明侧芽的生长发育需要将积累的生长素外排到主茎中。通过体内体外实验进一步发现CsBRC1能够直接结合生长素外排基因CsPIN3并负调控其表达。原位杂交结果显示CsPIN3在黄瓜侧芽、侧芽的叶原基、幼嫩的茎中都有较强的信号。并且在少侧枝的栽培种黄瓜中过表达由CsBRC1启动子驱动的CsPIN3能够显著促进侧芽的抽出,并导致侧芽中生长素含量的降低。因此,该研究结果表明CsBRC1能够直接抑制CsPIN3的功能促使黄瓜侧芽中的生长素积累,导致侧芽生长受到抑制,建立了BRC1与生长素之间的直接联系,也为培育不同侧枝数目黄瓜品种提供新的策略。

 

 

该工作得到了国家重点研发计划项目‘园艺作物生长发育对设施环境的响应机制与调控’、国家自然科学基金, 和‘园艺作物发育生理与品质调控’111引智基地项目资助。中国农业大学博士研究生沈俊俊和张亚琦为文章共同第一作者, 张小兰教授为文章通讯作者。张小兰教授是我校2011年引进的优秀人才,长期从事黄瓜发育生物学研究,这个工作是张小兰教授2019年继Current Opinion in Plant Biology, Plant Cell 和Development之后的又一重要研究成果。

 

 

责任编辑:刘铮
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