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科學(xué)家揭示紫花苜蓿開花時間調(diào)控的基因網(wǎng)絡(luò)
作者：田瑞穎      來源：中國科學(xué)報
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近日，中國科學(xué)院植物研究所研究員王雷、副研究員張媛媛基于季節(jié)和晝夜轉(zhuǎn)錄組圖譜揭示了紫花苜蓿開花時間調(diào)控的基因網(wǎng)絡(luò)。相關(guān)成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Plant Cell & Environment。
紫花苜蓿作為優(yōu)質(zhì)豆科牧草，在全世界廣泛種植。在我國，它是牛羊等牲畜的關(guān)鍵飼草來源，對于保障畜牧業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。開花期是評估紫花苜蓿成熟度及確定最佳收獲時機的關(guān)鍵指標(biāo)，也是平衡其產(chǎn)量與品質(zhì)的核心因素。開花期還直接影響紫花苜蓿一年內(nèi)的刈割次數(shù)及其在不同地理區(qū)域的適應(yīng)能力。目前關(guān)于紫花苜蓿開花期調(diào)控的分子機制仍不清楚。
以往關(guān)于開花時間調(diào)控的研究多在可控的培養(yǎng)室環(huán)境中進行，這無法完全模擬真實的自然環(huán)境。為了鑒定在不同季節(jié)調(diào)控紫花苜蓿開花時間的關(guān)鍵基因，研究人員以兩組呈現(xiàn)極端早花和晚花表型的紫花苜蓿為研究材料，繪制了紫花苜蓿在自然環(huán)境條件下的季節(jié)和晝夜轉(zhuǎn)錄組圖譜。
結(jié)合序列相似性和保守結(jié)構(gòu)域分析的方法，研究人員共鑒定出389個調(diào)控紫花苜蓿開花時間的候選基因，其中92個基因在早花和晚花材料之間呈現(xiàn)差異表達。研究人員進一步對這些基因進行蛋白互作網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)：春季特異鑒定的差異表達基因主要參與春化途徑，而夏季和秋季的則主要參與生物鐘和光周期途徑。此外，日節(jié)律轉(zhuǎn)錄組動態(tài)分析表明，葉綠體發(fā)育、氧化還原過程、生物脅迫響應(yīng)、生長和發(fā)育等生物學(xué)過程在一天中的特定時間按照外部環(huán)境信號進行精確編排。
該研究突破了傳統(tǒng)實驗室條件下單一環(huán)境因素的研究局限，從全景角度揭示了紫花苜蓿適應(yīng)晝夜和季節(jié)性環(huán)境變化的分子策略，為精準(zhǔn)調(diào)控紫花苜蓿開花期提供了豐富的基因資源。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1111/pce.15466
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