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版納植物園揭示功能型FRIa基因變異促進(jìn)蔓菁對(duì)青藏高原適應(yīng)的分子機(jī)制
開花時(shí)間是決定植物繁殖成功及作物產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，也是植物適應(yīng)不同環(huán)境的重要機(jī)制?；ㄆ谧兓瘜?duì)蕓薹屬蔬菜的育種至關(guān)重要，以確保其適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂驐l件。蔓菁(Brassica rapa ssp. rapa)作為起源于地中海地區(qū)的蕓薹屬古老根莖類蔬菜，其馴化過(guò)程受到自然選擇的顯著影響，是少數(shù)能適應(yīng)青藏高原氣候的栽培作物之一。然而，關(guān)于蔓菁在不同地區(qū)(尤其是青藏高原)開花時(shí)間適應(yīng)性進(jìn)化的潛在分子機(jī)制仍知之甚少。
為探究不同蔓菁種質(zhì)資源間開花時(shí)間的變化及其潛在遺傳機(jī)制，中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園(以下簡(jiǎn)稱“版納植物園”)研究人員對(duì)來(lái)自世界各地的104份地方種質(zhì)資源進(jìn)行開花時(shí)間分析。來(lái)自不同地理區(qū)域的蔓菁開花時(shí)間表現(xiàn)出顯著差異，這與它們生長(zhǎng)地區(qū)的海拔和氣候溫度密切相關(guān)。研究進(jìn)一步分析了蔓菁FRIa和FLC2基因的遺傳變異及其對(duì)開花時(shí)間差異的貢獻(xiàn)。研究結(jié)果表明，開花時(shí)間關(guān)鍵調(diào)控基因FRIa變異在蔓菁開花時(shí)間的適應(yīng)性性狀上，特別是維持高海拔蔓菁晚花方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。同時(shí)，特異性單核苷酸多態(tài)性(SNP)變異對(duì)高原FRIa基因的功能強(qiáng)化起作用。研究結(jié)果揭示了蔓菁開花時(shí)間沿海拔梯度的適應(yīng)機(jī)制，為闡明FRIa如何促進(jìn)蔓菁在不同海拔條件下適時(shí)開花提供了新的見解，也為蔓菁FRIa強(qiáng)功能變異驅(qū)動(dòng)海拔梯度下的開花時(shí)間適應(yīng)性演化提供了分子基礎(chǔ)。
相關(guān)研究成果以A functional FRIa variant drives turnip adaptation to the Qinghai-Xizang Plateau為題在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Molecular Horticulture雜志在線發(fā)表。版納植物園植物基因組演化與次生代謝課題組鄭艷副研究員和博士后楊丹妮為共同第一作者，楊永平研究員、孔祥翔副研究員和楊云強(qiáng)副研究員為共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究、云南省“云嶺學(xué)者”計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(A類)等項(xiàng)目的資助。
圖1蔓菁群體的表型及FRIa單倍型序列分析。
圖2 FRIa 等位基因變異在開花調(diào)控中的功能驗(yàn)證。
圖3 蔓菁中FRIa變異調(diào)控開花時(shí)間功能的示意圖。
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