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安徽科技学院科研团队在辣椒成花素与反花素系统基因成员鉴定方面取得新进展
日期:2024-06-03 作者:吴星星 李瑞宁 点击:163次
成花素-反花素系统被认为是农业革命的核心之一，调控着植物器官的生长和发育，包括开花时间与株型，使传统作物适应新环境。20世纪20年代番茄一个经典的“自我修剪”self-pruning(sp)突变体的发现，被迅速应用在番茄大规模的生产中，改变了加州番茄的种植模式，使美国番茄的种植发生了革命性的变化。sp突变体的形成是由于反花素功能的缺失造成的，反花素突变使番茄开花、坐果、成熟时期更加集中，生长周期缩短，并且由无限生长型转变为株型矮化紧凑的有限生长型。反花素突变彻底改变了农业种植模式，已在除番茄以外的大豆、棉花、草莓、向日葵、玫瑰等植物中。SP蛋白属于磷脂酰乙醇胺结合蛋白(PEBP)，也称CETS蛋白，是一类对磷脂酰乙醇胺有较强亲和力的蛋白家族，其中的FT/TFL1亚家族成员及其互作成份分别构成了植物的成花素、反花素系统。
辣椒(Capsicumspp.)是我国重要的经济蔬菜作物，开花时间和株型结构对提高辣椒产量和品质具有重要影响。辣椒包含5个驯化种：一年生辣椒(Capsicum annuumvar.annuum)、浆果状辣椒(C.baccatumvar.Pendulum)、中华辣椒(C.chinense)、灌木状辣椒(C.frutescens)和茸毛辣椒(C.pubescens)。近年来，辣椒基因组数据不断更新，但有关辣椒PEBP基因家族成员的鉴定与功能分析还缺乏系统而全面的研究。
2024年6月1日，农林科学Top期刊Scientia horticulturae杂志在线发表了来自安徽科技学院“作物种质创新与应用基因组学”创新团队题为“Molecular characterization of pepperPEBPgenes reveals the diverse functions ofCaFTs in flowering and plant architecture”的研究论文。该研究对一年生辣椒、浆果辣椒、茸毛辣椒和中华辣椒4种辣椒的PEBP基因成员进行全基因组综合分析，共鉴定出37个PEBP基因，其中一年生辣椒11个、浆果辣椒12个、中华辣椒7个、茸毛辣椒7个，系统进化分析将其分为FT(17个)、TFL1(14个)和MFT(6个)共3个亚家族。37个辣椒PEBP基因在4个辣椒物种中鉴定出46对同源基因对，并且存在一个CaFT基因对应多个共线性基因，表明FT基因在进化过程中发生了扩张，并且4种辣椒和番茄之间共有37对直系同源基因，暗示茄科作物PEBP同源基因在进化过程中存在一个较保守的复制过程。辣椒PEBP基因在进化过程中主要通过全基因组和片段复制进行纯化选择。
一年生辣椒6个CaFT蛋白均是细胞质和细胞核定位的蛋白，并且与AtFT、SP3D具有高度相似的3D结构及相同低的分化速率。CaFT5和CaFT6是一对重复基因对，在本氏烟草(Nicotiana benthamiana)中过量表达CaFT5和CaFT6，转基因烟草不仅表现出明显的早花，而且叶片和枝条数量显著增加，叶片大小明显变小。表明CaFT与成花素基因一样，在调节开花时间和植物结构方面具有保守的功能，并且在辣椒发育中发挥着多重作用。本研究不仅拓宽了茄科植物成花素-反花素系统的研究，为进一步利用该组份在辣椒中进行遗传改良奠定了理论基础，具有重要的应用价值。
辣椒成花素-反花素基因成员(PEBP)的全基因组鉴定与功能分析图
安徽科技学院2021级农艺与种业专硕研究生吴星星为论文第一作者，团队带头人二级教授黄先忠、青年讲师李瑞宁为论文通讯作者，团队许峰、钱晶晶、钱铭、艾昊、冯婷婷等教师，园艺系陆晓民教授参与了论文研究。研究得到国家自然科学基金、安徽省优秀科研创新团队和作物学校高峰学科等项目资助。（特约通讯员：汪道兵 摄影：吴星星 审核：李文阳）