水稻湿度敏感型雄性不育、玉米抗病基因与叶面微生物组、拟南芥的光周期开花调控

来源：植物科学最前沿

01

植物生长发育及调控

华南农业大学周海团队鉴定出水稻湿度敏感型雄性不育的调控机制

环境敏感型雄性不育(EGMS)系在水稻双系杂交育种中有着广泛的应用。目前，光周期敏感型基因雄性不育系(PGMS)和热敏感型基因雄性不育(TGMS)系主要应用于两系杂交水稻，而湿度敏感型基因雄性不育(HGMS)系的报道较少。本研究中，来自华南农业大学周海团队的研究表明，编码一个β-酮脂酰-辅酶a合成酶的HMS1，在水稻超长链脂肪酸(VLCFAs)的生物合成和湿度敏感型雄性不育中起着关键作用。hms1突变体在低湿度时结实率下降，而在高湿度时结实率正常。HMS1催化C26和C28 VLCFAs的生物合成，有助于在花粉壁中形成细柱层和含油层，从而保护花粉免于脱水。在低湿度条件下，hms1花粉在柱头上表现出较差的粘附力和较弱的萌发力，增加湿度可以挽救柱头的萌发。HMS1I与HMS1相互作用，共同调控HGMS。此外，HMS1缺陷的粳稻品种和籼稻品种均表现出HGMS，表明hms1有可能用于杂交育种。他们的研究结果揭示了VLCFA介导的花粉壁形成的新机制，该机制保护水稻花粉免受低湿度胁迫，在杂交作物育种中具有潜在的应用价值。

02

植物抗病

美国堪萨斯大学Maggie R. Wagner团队分析玉米广谱抗病性基因与叶片微生物组成关系

植物基因型对抗病性有很大的影响，同时也影响着叶片微生物群落的组成。然而，这些过程还没有被研究和联系起来用以在微观进化的背景下通过育种以提高抗病性。来自美国堪萨斯大学Maggie R. Wagner团队假设广谱抗病等位基因也会影响非致病性共生菌的定植。他们将对多种真菌病原具有抗性的数量性状位点(QTL)转入玉米抗病自交系，在多片大田中于两个时间点将产生的近等基因系的叶片细菌和真菌群落与病感母系的微生物群落进行了比较。抗病系中QTL的转入强烈地改变了3周和7周龄植物中真菌和细菌种类的相对丰度。尽管如此，它对整体群落结构和多样性的影响很小，而且在不同的田地和年份之间存在差异。与预期相反，高病势田间的宿主基因型效应并不比未侵染田间强，而在重侵染和未侵染的植株上，随着时间的推移，微生物群落演替是相似的。这些结果表明，QTL可以显著提高广谱抗病性，但对玉米叶片微生物群落的多效性作用有限且不一致。

03

植物生长发育及调控

日本熊本大学Hiroyoshi Takano团队研究发现两个调控小立碗藓配子体和孢子体发育的重要基因

ANGUSTIFOLIA（AN)基因通过控制叶片细胞在中侧方向的扩散生长来调节叶片宽度。日本熊本大学Hiroyoshi Takano团队在小立碗藓的基因组中发现了两个正常的ANs (PpAN1‐1和1‐2)。这两个PpAN1基因都恢复了拟南芥an‐1突变体的表型。通过转基因株系（包含PpAN1 启动子GUS基因）时空分析PpAN1基因的启动子活性，发现两个启动子主要活跃在中间茎的单倍体配子托和基底部位的孢子体。对PpAN1‐1和PpAN1‐2基因敲除谱的分析表明，这些基因具有部分冗余功能，并通过控制配子茎中扩散性细胞生长来调节配子托的高度。此外，二倍体孢子体的叶片更短、更厚，表明细胞伸长在纵向上减少，而在顶端生长的原孢子体中未发现缺陷。这些结果表明，这两种PpAN1基因在小立碗藓的单倍体和二倍体的扩散生长中起作用，而在叶尖的生长中不起作用。为了观察小立碗藓配子托细胞微管分布，他们构建了含sGFP标签的转基因株系。与预期相反，在PpAN1‐1/1‐2双敲除突变体株系中，配子体末端微管的方向没有改变。综上，该研究讨论了细胞生长、皮层微管和AN蛋白质之间的关系。

04

作物遗传育种

德国马克斯·普朗克植物育种研究所K.Theres团队研究葡萄束状结构的遗传决定因素

葡萄灰霉病是葡萄栽培中常见的病害之一。为了生产高质量的水果，葡萄藤要用杀菌剂处理，这种杀菌剂成本高，且对环境有害。另一方面，松散的簇束可增强对丛集性疾病的物理抗性。为了确定调节束状结构的遗传决定因素，来自德国马克斯·普朗克植物育种研究所K.Theres团队比较了松散和紧凑的“黑比诺”葡萄克隆。他们发现松散的簇结构与增大的浆果大小、伸长的花轴和伸长的花梗有关。通过转录组分析结合全基因组测序，他们发现了一个生长调节因子基因VvGRF4，它在松散的簇状中是上调的，并具有杂合突变。在花序发育的后期，疏散簇克隆的mRNA库主要包含衍生自突变等位基因的mRNA，这些mRNA对miR396降解具有抗性。拟南芥中VvGRF4基因的表达及其突变变体表明其促进了花梗的伸长。综上所述，VvGRF4调节“黑比诺”葡萄中的束状结构。该性状可通过标记辅助育种或CRISPR - Cas9技术导入其它品种。相关生长调节因子或同一途径的其他基因可能具有相似的功能。

05

植物信号转导

西班牙塞维利亚大学Federico Valverde团队鉴定出拟南芥的光周期开花调控机制

开花时间是植物发育的关键过程。光周期信号在拟南芥的花期过渡过程中起着至关重要的作用，而CONSTANS (CO)蛋白在转录和翻译后水平上具有重要的调控功能。CO蛋白的稳定性依赖于光驱动的蛋白酶体过程，该过程使得其在晚间积累，从而促进成花基因(FT)的产生，并诱导季节性开花。为了进一步研究CO蛋白的翻译后调控，来自西班牙塞维利亚大学Federico Valverde团队通过体内外实验和分子遗传学方法对其相互作用网络进行了分析。在拟南芥中，发现免疫亲和蛋白FKBP12是调节CO蛋白积累和活性的协同作用分子。FKBP12‐CO通过CCT域相互作用，影响CO的稳定性和功能。fkbp12插入突变体开花时间延迟，而FKBP12过表达加速了开花，这些表型可能与FT蛋白积累的变化直接相关。另外在衣藻中也发现了CrCO‐CrFKBP12之间的相互作用，由此揭示了植物发育光周期调控的原始调控过程。