一次結(jié)實(shí)植物一生只有一個(gè)繁殖階段。因此，花和果實(shí)的生產(chǎn)被限制在這一時(shí)期的長度。這種繁殖策略涉及協(xié)調(diào)阻滯花序分生組織的生長來調(diào)控開花停止，優(yōu)化資源配置以確保種子填充。開花停滯似乎是所有一次結(jié)實(shí)植物的調(diào)控現(xiàn)象。對(duì)一些物種的早期研究發(fā)現(xiàn)，種子生產(chǎn)是引發(fā)花序增殖阻滯的主要因素。最近，控制花序停滯的遺傳因素，與種子生產(chǎn)引起的推測(cè)信號(hào)平行，已經(jīng)在擬南芥中被發(fā)現(xiàn)，MADS- box基因FRUITFULL (FUL)在這一過程中發(fā)揮了核心作用。然而，調(diào)控阻滯的基因網(wǎng)絡(luò)是否也在其他物種中發(fā)揮作用，這是完全未知的。

      近日， Irene Martínez- Fernández等在國際知名期刊《PNAS》上在線發(fā)表了題為：“Analysis of pea mutants reveals the conserved role of FRUITFULL controlling the end of flowering and its potential to boost yield”的研究論文，該研究展示了攜帶euFUL基因功能缺失突變的豌豆植物如何延長生殖期，增加豆莢和種子數(shù)量，從而支持了FUL- AP2通路在一次結(jié)實(shí)植物花序增殖抑制的保守作用。

      該研究以豌豆中的豆科植物特異性復(fù)制產(chǎn)物PsFULa和PsFULb為研究對(duì)象，首先分析了這兩個(gè)euFUL基因生殖發(fā)育前后的時(shí)空表達(dá)模式，并觀察過表達(dá)euFUL擬南芥表型變化發(fā)現(xiàn)，豌豆和擬南芥euFUL直系同源物的蛋白質(zhì)功能以及表達(dá)模式似乎是保守的（圖1）。

圖1.PsFUL表達(dá)及蛋白功能的鑒定。

      通過EMS豌豆育種，該研究得到了單突變體psfulb-1、 psfula-1及雙突變體psfula-1 psfulb-1，psfulb-1和 psfula-1在增殖停止發(fā)生之前顯示出開花節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，但沒有觀察到其他主要的發(fā)育影響。雙突變體psfula- 1 psfulb- 1的育性顯著降低，但出現(xiàn)了一些與psfulb- 1相似的開花節(jié)點(diǎn)（圖2）。將單突變體和雙突變體回交到野生型親本Cameor系5次，在其后代進(jìn)行表型表征發(fā)現(xiàn)野生型和突變株系的開花時(shí)間相似，psfula-1突變體中有輕微但顯著的延遲，但葉片形態(tài)和復(fù)雜性基本不受影響。在psfulb突變體中，開花節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和開花期的長度顯著延長，在psfula psfulb突變體中甚至更多，這也導(dǎo)致每株植物產(chǎn)生的豆莢增加，種子生產(chǎn)數(shù)量較野生型增加了一倍以上，但種子重量和組成成分沒有顯著差異（圖3）。

圖2.在 PsFULa 和 PsFULb 中發(fā)現(xiàn)的突變

圖3.psful 突變體的表型特征

      Psful突變體的特性有力地支持了這些突變體在提高豌豆作物產(chǎn)量方面的潛在用途。Cameor的BC5-F3 psful系連續(xù)兩年在田間進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，psful突變體的莢果數(shù)量增加了30 ~ 77%，種子產(chǎn)量增加了45 ~ 88%。單株種子重量最高的是psfula psfulb，幾乎是Cameor的兩倍。

圖4.psful突變體產(chǎn)量的田間試驗(yàn)評(píng)估

      來源丨PBJ報(bào)道

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