《植物杂志》:揭示白菜和甘蓝鳞茎发育的关键过渡期及其调控途径

来源：中国农业科学院蔬菜花卉研究所2022-02-11 18:01

近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所分子设计育种团队在大白菜抽穗转录调控方面取得新进展。本研究通过大规模时间序列转录组分析，发现大白菜发育过程中存在以转录重编程为特征的抽穗过渡期，揭示了植物激素乙烯在大白菜抽穗发育中的特殊调控作用。相关内容在“一簇转录本身份一个过渡”中描述

近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所分子设计育种团队在大白菜抽穗转录调控方面取得新进展。本研究通过大规模时间序列转录组分析，发现大白菜发育过程中存在以转录重编程为特征的抽穗过渡期，揭示了植物激素乙烯在大白菜抽穗发育中的特殊调控作用。相关内容在线发表在国际著名的植物学杂志《植物杂志》上，标题为“一组转录物鉴定巴西标题形态类型中启动叶头生长的过渡阶段”。

抽穗是一个重要的园艺性状，许多蔬菜如大白菜、甘蓝和莴苣都具有抽穗性状。这些叶球作物的生长发育经历了苗期、莲座期和独特的抽穗期。大白菜和甘蓝是重要的叶菜类蔬菜，两者都经历了共同的基因组三倍化事件，并独立驯化形成叶球性状。以往的研究定位和分析了许多叶片鳞茎形成的调控基因，但如何启动和促进抽穗期叶片鳞茎形成的关键因素仍不清楚。本研究以大白菜为研究对象，不结球白菜为对照，进行了基于时间序列的大规模转录组测序，绘制了跨越莲座期和抽穗期的高密度基因转录图谱。研究发现，在莲座期之后，大白菜经历了一个特定的转录重编程过程，即抽穗过渡阶段。大量植物激素、激酶等调节基因在此期间被特异性上调。相应地，向内卷曲的球根叶也在这个时期开始出现。还发现大白菜和甘蓝有相同的抽穗过渡期。比较不同球型和成熟度的大白菜，发现晚熟大白菜抽穗过渡期相对较长。研究发现，大白菜有一个相似的抽穗过渡期，这表明大白菜和大白菜在抽穗过渡期是趋同和驯化的。

研究进一步明确了叶片鳞茎发育启动的重要基因调控模块，如以PINs为核心的极性生长素运输、以IQDs为核心的微管组织、以BIN2为核心的不对称生长调控、以KAN2、ARF4为核心的背腹调控模块等，为进一步分析叶片鳞茎形成的调控机制提供了重要参考。同时，通过比较大白菜在不同温度环境下的表型和基因表达差异，发现高温环境可能通过延缓抽穗过渡期的开始而延缓大白菜的抽穗。高温环境下温度反应途径基因的表达显著延迟，表明温度可能是介导结瘤过渡期启动的关键环境信号。在上述研究的基础上，构建了大白菜叶球发育相关基因的共表达网络。发现生长素、油菜素内酯和乙烯相关基因共表达，提示这些植物激素可能在结瘤的协同调控中起重要作用。最后，本研究还首次揭示了乙烯在大白菜抽穗发育调控中的重要作用。发现大白菜乙烯相关基因被筛选，乙烯相关基因的表达在抽穗转换过程中显著上调。乙烯处理发现乙烯显著促进大白菜莲座期叶片的快速勃起。这些结果表明乙烯在大白菜抽穗驯化过程中被选择性利用。因此，乙烯在甘蓝中没有被选择性利用；同时，乙烯处理促进了白菜叶柄和节间长度，但叶片夹角无明显变化。这与大白菜和甘蓝叶球表型的差异相一致，反映了大白菜和甘蓝的差异驯化。(100yiyao.com)

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