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      獨(dú)腳金內(nèi)酯是一類重要植物激素，在調(diào)控植物自身生長(zhǎng)發(fā)育、誘導(dǎo)列當(dāng)科寄生植物種子萌發(fā)、促進(jìn)菌根真菌共生等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

      近日，中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋/王冰團(tuán)隊(duì)研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析鑒定到一個(gè)控制列當(dāng)寄生的主效基因SlABCG45，編碼番茄中獨(dú)腳金內(nèi)酯轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，通過(guò)精準(zhǔn)編輯該基因能夠?qū)崿F(xiàn)番茄的寄生抗性和生長(zhǎng)發(fā)育之間的平衡，顯著提高作物在寄生環(huán)境中的產(chǎn)量。該項(xiàng)研究于2025年1月29日在國(guó)際知名期刊The Innovation在線發(fā)表，文中引用九圃植物培養(yǎng)箱，在研究中進(jìn)行幼苗培育實(shí)驗(yàn)。

 發(fā)表期刊：《The  Innovation》if：33.2

文獻(xiàn)引用的九圃產(chǎn)品——九圃植物培養(yǎng)箱BPC600H

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.xinn.2025.100815

      研究團(tuán)隊(duì)利用番茄自然群體開(kāi)展全基因組關(guān)聯(lián)分析，鑒定到一個(gè)與列當(dāng)抗性高度關(guān)聯(lián)的位點(diǎn)，區(qū)域內(nèi)的候選基因SlABCG45編碼一個(gè)ABC 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，主要在根的表皮區(qū)域表達(dá)，定位于細(xì)胞膜，具有向胞外運(yùn)輸獨(dú)腳金內(nèi)酯的活性。遺傳分析表明SlABCG45及其同源蛋白SlABCG44在獨(dú)腳金內(nèi)酯向根外分泌以及寄生植物種子萌發(fā)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。作為植物激素，獨(dú)腳金內(nèi)酯從根部向地上部進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸，但是對(duì)其運(yùn)輸載體的認(rèn)識(shí)非常有限。該研究表明SlABCG45和SlABCG44共同參與獨(dú)腳金內(nèi)酯的極性運(yùn)輸。

      有趣的是，SlABCG45與SlABCG44出現(xiàn)一定的功能分化。作為誘導(dǎo)寄生最主要的環(huán)境信號(hào)，缺磷誘導(dǎo)使SlABCG45的表達(dá)水平提高幾十倍，但是僅微弱誘導(dǎo)SlABCG44的表達(dá)水平。轉(zhuǎn)錄因子SlNSP1 能夠直接結(jié)合SlABCG45與SlABCG44的啟動(dòng)子，在缺磷誘導(dǎo)表達(dá)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。更重要的是，兩個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對(duì)果實(shí)發(fā)育產(chǎn)生不同的影響，Slabcg45突變體番茄的果實(shí)發(fā)育不受影響，而Slabcg44突變體番茄的果實(shí)變小。

     連續(xù)兩年的田間試驗(yàn)表明在新疆自然條件下，SlABCG45敲除突變體的列當(dāng)寄生數(shù)量和列當(dāng)重量均顯著降低，番茄果實(shí)大小和重量沒(méi)有顯著變化，番茄果實(shí)數(shù)量和單株產(chǎn)量均顯著增加。盡管敲除獨(dú)腳金內(nèi)酯合成基因SlCCD8也能顯著增加番茄的列當(dāng)抗性，但Slccd8突變體的生長(zhǎng)發(fā)育嚴(yán)重受阻，表現(xiàn)為植株矮化、多分枝、果實(shí)變小、產(chǎn)量顯著降低。小區(qū)測(cè)產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，兩個(gè)SlABCG45敲除突變體的小區(qū)產(chǎn)量與對(duì)照相比均增加30%以上，說(shuō)明SlABCG45在抗寄生番茄培育中具有重要應(yīng)用價(jià)值（圖1）。

圖1基因編輯SlABCG45提高了番茄的列當(dāng)抗性和產(chǎn)量

      綜上所述，在受列當(dāng)種子污染的田間，野生型番茄產(chǎn)生并分泌獨(dú)腳金內(nèi)酯到根際環(huán)境中，誘導(dǎo)多種列當(dāng)小種的種子萌發(fā)。列當(dāng)寄生后嚴(yán)重危害番茄的生長(zhǎng)和產(chǎn)量。敲除獨(dú)腳金內(nèi)酯合成基因SlCCD8，列當(dāng)種子不能萌發(fā)，極大緩解了列當(dāng)寄生的危害，但是Slccd8植株表現(xiàn)出矮化、多分枝、果實(shí)變小且數(shù)量減少等生長(zhǎng)發(fā)育缺陷。除獨(dú)腳金內(nèi)酯運(yùn)輸?shù)鞍譙lABCG45在正常田間不影響番茄的果實(shí)大小和數(shù)量，同時(shí)番茄分泌到根際環(huán)境中的獨(dú)腳金內(nèi)酯含量顯著降低，極大提高了番茄對(duì)多種列當(dāng)小種的抗性，在寄生田間表現(xiàn)出顯著增產(chǎn)的表型，實(shí)現(xiàn)了列當(dāng)抗性和果實(shí)產(chǎn)量之間的平衡（圖2）。

圖2 番茄中SlABCG45介導(dǎo)的列當(dāng)抗性和果實(shí)產(chǎn)量之間的平衡

      該研究首次通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析鑒定了控制列當(dāng)寄生的主效基因，揭示了番茄中獨(dú)腳金內(nèi)酯向根外分泌以及從根部向地上運(yùn)輸?shù)姆肿訖C(jī)制，首次解析了獨(dú)腳金內(nèi)酯運(yùn)輸?shù)鞍醉憫?yīng)低磷環(huán)境的分子機(jī)制，證明了通過(guò)精準(zhǔn)操縱獨(dú)腳金內(nèi)酯運(yùn)輸?shù)鞍譙lABCG45能夠?qū)崿F(xiàn)寄生抗性和生長(zhǎng)發(fā)育的平衡，進(jìn)而顯著提高作物在寄生環(huán)境中的產(chǎn)量。該研究證明通過(guò)基因編輯方式改變單個(gè)基因能夠賦予作物廣譜寄生抗性，填補(bǔ)了領(lǐng)域內(nèi)空白，對(duì)于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

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