华中农业大学油菜团队揭示甘蓝型油菜种子和器官大小调控新机制

甘蓝型油菜（Brassica napus）是目前世界上主要的油料作物之一。种子大小是重要的农艺性状，在甘蓝型油菜遗传改良和生物能源生产中具有潜在的经济价值。近年，研究人员在研究模式植物种子大小的分子机制中取得了重大的突破，但对异源多倍体作物种子大小调控机制的研究较少。因此，解析异源四倍体甘蓝型油菜种子大小的调控机制，能为多倍体作物的高产育种提供重要的理论基础和基因资源。

近日，华中农业大学油菜杂种优势利用课题组在植物科学领域权威期刊Plant Biotechnology Journal（IF=13.26）在线发表了一篇题为“BnaMPK3s promote organ size by interacting with BnaARF2s in Brassica napus” 的研究论文。该研究揭示了BnaMPK3-BnaARF2模块在调控甘蓝型油菜种子大小和器官大小中的新机制。

MAPK（丝裂原活化蛋白激酶）级联通路是真核生物中进化高度保守且功能重要的信号模块，通过与不同的蛋白质相互作用调节植物的生长发育，免疫反应等生物学过程。该团队在探究影响种子大小关键基因的过程中发现，甘蓝型油菜突变体bnampk3CR的种子相对于野生型来说明显变小，千粒重，角果宽度及单株产量等产量相关农艺性状均显著降低，表明BnaMPK3s正调控种子大小。为进一步研究BnaMPKs3调控种子大小的分子机制，该团队通过酵母双杂交筛库鉴定到BnaMPK3的一个互作基因BnaARF2（生长素响应基因2）,并进一步通过酵母双杂交，荧光素酶互补实验及pull-down证明BnaARF2s的Auxin Response结构域与BnaMPK3s相互作用。

进一步研究发现甘蓝型油菜突变体bnaarf2CR的种子相对于野生型来说明显变大，千粒重，角果宽度，角果长度及单株产量等产量相关农艺性状均显著增加;过表达BnaC03.ARF2转基因材料的种子大小及千粒重显著降低，表明BnaARF2s正调控种子大小。遗传实验证据表明，atmpk3CRatarf2CR双突变体种子大小与atarf2CR突变体间无显著差异，提示了ARF2在调控种子大小中对MPK3存在上位性。此外，BnaMPK3抑制了由BnaARF2介导的BnaCKX2的转录抑制，表明BnaMPK3通过抑制BnaARF2对种子大小调控基因的转录抑制作用，进而调控种子大小。另外，该研究通过对现有的505份全球油菜自然资源核心种质进行全基因关联分析（GWAS）发现BnaA06.ARF2启动子区有6个SNP与千粒重显著相关，并通过影响BnaA06.ARF2的转录水平来调控种子大小。

该研究揭示了BnaMPK3s-BnaARF2s模块在甘蓝型油菜种子大小和产量的调控中的重要作用，为基因组编辑和分子标记开发提供了有价值的靶基因，为甘蓝型油菜高产育种提供了新思路。华中农业大学植物科学技术学院博士研究生田霞为该论文的第一作者，已毕业硕士研究生余希文和王志杰参与了本项研究，戴成副教授为论文的通讯作者。本研究项目得到了国家自然科学基金的资助。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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