中科院遗传所农业资源研究中心董宝娣课题组揭示弱光胁迫调控小麦再生分蘖形成的机理

以下文章来源于植物与环境 PCE ，作者植物与环境 PCE

随着气候变化的加剧，雾霾、阴雨等引起光照强度降低，不利于作物的生长发育。尤其在生殖发育阶段，弱光胁迫通过影响小花的育性进而严重降低小麦的结实率，导致产量降低。在农业生产中，弱光胁迫造成小麦穗败育后，在分蘖节位置会形成新的、可育的再生分蘖，从而在一定程度上降低小麦产量损失。然而，目前对于弱光胁迫调控小麦再生分蘖形成的机制尚不清楚。

近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心董宝娣课题组在Plant, Cell & Environment发表了题为“Low light stress promotes new tiller regeneration by changing source-sink relationship and activating expression of expansin genes in wheat”的论文，揭示了弱光胁迫通过改变小麦的库源关系，并激活膨胀素基因促进再生分蘖的形成。

研究者首先通过两年的田间试验，发现弱光胁迫后的再生分蘖对原生分蘖产量损失的补偿量在29%以上，表明再生分蘖的形成可以有效缓解弱光胁迫造成的小麦产量损失。通过对叶片、穗、穗下节间和分蘖节等组织器官的淀粉和可溶性糖含量测定以及同位素示踪试验，发现弱光胁迫一天之后，叶片储存的淀粉就几乎被完全消耗，不能再为其他器官提供营养；而穗和穗下节间储存的淀粉在弱光胁迫下被水解为可溶性糖转运到分蘖节，为再生分蘖的形成提供营养。转录组测序发现，弱光胁迫后，穗和穗下节间淀粉酶、糖转运载体SUT/SUC以及SWEET基因表达上调，直接导致了穗和穗下节间的库源转换，负责源端可溶性糖向维管束的装载；弱光胁迫解除后，分蘖节中上调表达的细胞壁转化酶CWINV基因以及己糖转移酶STP基因负责可溶性糖的卸载。通过构建基因共表达网络发现，与穗败育耦合的基因模块衰老和自噬相关基因富集，这些基因可能是导致库源转换的重要因素；与再生分蘖耦合的基因模块富集了大量与细胞壁相关的生物学过程，包含多个膨胀素基因。通过在拟南芥中过表达其中一个膨胀素基因，证实了上调表达的膨胀素基因是再生分蘖形成的直接因素。本研究揭示了一种植物通过多器官协同抵抗逆境胁迫、保证世代延续的新机制。

中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心博士后杨红、助理研究员李永鹏博士为论文共同第一作者，董宝娣研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、河北省自然科学基金、河北省重点研发和中科院战略性先导项目的资助。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.14548

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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