一次結實植物一生隻有一個繁殖階段。是以，花和果實的生産被限制在這一時期的長度。這種繁殖政策涉及協調阻滞花序分生組織的生長來調控開花停止，優化資源配置以確定種子填充。開花停滞似乎是所有一次結實植物的調控現象。對一些物種的早期研究發現，種子生産是引發花序增殖阻滞的主要因素。最近，控制花序停滞的遺傳因素，與種子生産引起的推測信号平行，已經在拟南芥中被發現，MADS- box基因FRUITFULL (FUL)在這一過程中發揮了核心作用。然而，調控阻滞的基因網絡是否也在其他物種中發揮作用，這是完全未知的。
近日， Irene Martínez- Fernández等在國際知名期刊《PNAS》上線上發表了題為：“Analysis of pea mutants reveals the conserved role of FRUITFULL controlling the end of flowering and its potential to boost yield”的研究論文，該研究展示了攜帶euFUL基因功能缺失突變的豌豆植物如何延長生殖期，增加豆莢和種子數量，進而支援了FUL- AP2通路在一次結實植物花序增殖抑制的保守作用。
該研究以豌豆中的豆科植物特異性複制産物PsFULa和PsFULb為研究對象，首先分析了這兩個euFUL基因生殖發育前後的時空表達模式，并觀察過表達euFUL拟南芥表型變化發現，豌豆和拟南芥euFUL直系同源物的蛋白質功能以及表達模式似乎是保守的（圖1）。
圖1.PsFUL表達及蛋白功能的鑒定。
通過EMS豌豆育種，該研究得到了單突變體psfulb-1、 psfula-1及雙突變體psfula-1 psfulb-1，psfulb-1和 psfula-1在增殖停止發生之前顯示出開花節點數量的增加，但沒有觀察到其他主要的發育影響。雙突變體psfula- 1 psfulb- 1的育性顯著降低，但出現了一些與psfulb- 1相似的開花節點（圖2）。将單突變體和雙突變體回交到野生型親本Cameor系5次，在其後代進行表型表征發現野生型和突變株系的開花時間相似，psfula-1突變體中有輕微但顯著的延遲，但葉片形态和複雜性基本不受影響。在psfulb突變體中，開花節點的數量和開花期的長度顯著延長，在psfula psfulb突變體中甚至更多，這也導緻每株植物産生的豆莢增加，種子生産數量較野生型增加了一倍以上，但種子重量群組成成分沒有顯著差異（圖3）。
圖2.在 PsFULa 和 PsFULb 中發現的突變
圖3.psful 突變體的表型特征
Psful突變體的特性有力地支援了這些突變體在提高豌豆作物産量方面的潛在用途。Cameor的BC5-F3 psful系連續兩年在田間進行性能測試，結果表明，與對照組相比，psful突變體的莢果數量增加了30 ~ 77%，種子産量增加了45 ~ 88%。單株種子重量最高的是psfula psfulb，幾乎是Cameor的兩倍。
圖4.psful突變體産量的田間試驗評估
來源丨PBJ報道
編輯丨農财君
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