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昆明植物所在青藏高原作物白菜型油菜的花特征變化研究方面取得新進展
白菜型油菜(Brassica rapa var. oleifera)的大面積種植是青藏高原地區(qū)過去幾十年重要的人類活動方式之一。白菜型油菜是典型的自交不親和作物，需要引入意大利蜜蜂(Apis mellifera)為其授粉。前期的研究發(fā)現(xiàn)，意大利蜜蜂進入到油菜地附近的自然生境中后與本地傳粉者形成競爭，進而提高了本地傳粉者的訪花忠誠性，并通過重新配置植物與傳粉者之間的連接模式促進了高原野生植物的繁殖成功，證明意大利蜜蜂的溢出對高原農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和周邊自然生態(tài)系統(tǒng)授粉服務(wù)具有潛在的積極影響(Wang et al. 2024. Nature Communications)。
青藏高原及周邊高海拔地區(qū)種植的白菜型油菜的花在可見光下為黃色，但在紫外線下卻呈現(xiàn)大小不一的紫外靶心(UV bullseye)。近日，中國科學院昆明植物研究所青藏高原植物進化與適應(yīng)專題組聯(lián)合國內(nèi)多家單位解析了紫外靶心大小變異的生態(tài)效應(yīng)和化學物質(zhì)基礎(chǔ)，利用多組學聯(lián)合分析定位了紫外靶心的關(guān)鍵基因并驗證了該基因的功能。野外觀察和控制放蜂實驗結(jié)果表明，具有較大紫外靶心的花在紫外線存在的環(huán)境中受到蜜蜂的偏好訪問，并產(chǎn)生了更多的種子;利用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用確定形成紫外靶心的化學物質(zhì)為黃酮醇(flavonol)。結(jié)合黃酮醇的合成通路并基于轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的加權(quán)基因共表達網(wǎng)絡(luò)分析(WGCNA)和重測序數(shù)據(jù)的深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(DeepCNN)預(yù)測，定位到bZIP16可能是導(dǎo)致不同紫外靶心大小花中黃酮醇含量差異的關(guān)鍵基因。在較大紫外靶心的植株中，bZIP16基因存在顯著的選擇性清除信號，表明較大的紫外靶心大小受到了強烈的正向選擇。在甘藍型油菜中過表達bZIP16后，花內(nèi)黃酮醇的含量顯著增加。結(jié)合擬南芥紫外靶心的研究結(jié)果，通過煙草注射進一步證明BrobZIP16通過與BroMYB111互作調(diào)控了BroFLS的表達，進而調(diào)節(jié)了黃酮醇的合成。
黃酮醇的積累通常與紫外線、低溫和干旱等環(huán)境壓力密切相關(guān)，較大的紫外靶心可能與適應(yīng)高原環(huán)境相關(guān)。當前十字花科油料作物的育種方向主要集中在株型、角果性狀以及抗逆性等方面，紫外靶心是一個被忽視但能通過提高傳粉效率而增加種子產(chǎn)量的重要農(nóng)藝性狀，該研究為十字花科油料作物的分子育種提供了基因資源和育種方向。研究結(jié)果以Genetic basis of UV bullseye size variations in turnip rape (Brassica rapa subsp. oleifera)為題在線發(fā)表于Plant Biotechnology Journal雜志。
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