中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作科所揭示小麥次生根起始的分子機(jī)制
2021年12月20日來源：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所
近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所小麥基因資源發(fā)掘與利用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研究揭示了 TaMOR 基因調(diào)節(jié)小麥次生根起始的分子機(jī)制，并開發(fā)分子標(biāo)記，確定了其與株高、根干重相關(guān)的優(yōu)異單倍型，明晰了不同單倍型根干重差異的分子機(jī)理。12月10日，相關(guān)研究在 Plant Biotechnology Journal 上發(fā)表。
據(jù)景蕊蓮介紹，優(yōu)化根系結(jié)構(gòu)有利于增強(qiáng)水分和養(yǎng)分的利用效率，提高作物耐逆性和產(chǎn)量。然而由于小麥的須根系深埋于地下，缺乏便捷高效的田間根系鑒定方法，目前關(guān)于調(diào)節(jié)小麥根系發(fā)育的分子機(jī)制及其相關(guān)基因在育種改良中的應(yīng)用研究較為滯后。次生根是須根系作物根系的重要組成部分，鑒定小麥次生根發(fā)育相關(guān)基因并解析其分子機(jī)制，挖掘其在育種改良中的應(yīng)用潛力，對于增強(qiáng)耐逆性提高產(chǎn)量具有重要意義。
該團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了 TaMOR 過表達(dá)和CRISPR/Cas9基因編輯純合小麥材料，通過幼苗期和拔節(jié)期根系表型鑒定及根基部的切片觀察發(fā)現(xiàn) TaMOR 對小麥次生根的起始具有決定性作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)TaMOR調(diào)節(jié)已知根系發(fā)育相關(guān)基因及生長素信號、代謝和運(yùn)輸基因的表達(dá)，并與生長素應(yīng)答因子ARF5互作激活生長素運(yùn)輸基因表達(dá)。此外，對 TaMOR 的序列多態(tài)性分析顯示， TaMOR-B 啟動(dòng)子區(qū)一個(gè)159 bp的MITE插入與灌漿期根干重和多種環(huán)境下的株高顯著相關(guān)，深入解析發(fā)現(xiàn)該MITE的插入導(dǎo)致附近區(qū)域DNA高度甲基化和 TaMOR-B 表達(dá)量的下降，從而使根數(shù)目和根干重降低。該研究不僅為解析小麥根系發(fā)育的分子機(jī)制提供了新的思路，還為小麥根系結(jié)構(gòu)的遺傳改良提供理論基礎(chǔ)和優(yōu)異基因資源。
作科所李超男助理研究員、王景一副研究員和李龍助理研究員為該論文的共同第一作者，毛新國副研究員和景蕊蓮研究員為該論文的共同通訊作者。該工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資助。
編輯：孟庭偉
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