茉莉酸究竟如何調(diào)控小麥花藥開裂（2020.1.7 中國科學(xué)報）

小麥?zhǔn)亲曰ㄊ诜圩魑?，播種量大，繁殖系數(shù)相對較低，因此，建立完善的高產(chǎn)高效、高質(zhì)量的雜交種子生產(chǎn)技術(shù)體系，是雜交小麥大面積應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其中，小麥花藥是否開裂、開裂程度及開裂時間是影響雜交小麥制種產(chǎn)量、質(zhì)量和成本的重要因素之一。

已有研究表明，植物花藥不開裂與茉莉酸類物質(zhì)代謝相關(guān)，噴施外源茉莉酸甲酯可以使突變株的花藥開裂、育性恢復(fù)。然而，對于控制花藥開裂異常的因子及信號通路等相關(guān)機制，此前尚不清楚。

近日，北京市農(nóng)林科學(xué)院/北京雜交小麥工程技術(shù)中心研究員張立平團(tuán)隊系統(tǒng)剖析了茉莉酸甲酯通路上關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子MYC基因家族及其功能，有望為小麥育種和改良提供新思路。相關(guān)成果發(fā)表于《BMC基因組學(xué)》雜志。

影響小麥雜交的關(guān)鍵因素

論文第一作者、張立平團(tuán)隊助理研究員白建芳博士告訴《中國科學(xué)報》，由北京雜交小麥工程技術(shù)中心主任趙昌平研究員創(chuàng)制的利用小麥光溫敏雄性不育系生產(chǎn)雜交種，即二系雜交小麥技術(shù)體系，發(fā)展十分迅速，已經(jīng)成為國內(nèi)外小麥雜種優(yōu)勢利用的主要途徑。

光溫敏雄性不育系在不育環(huán)境下的雄蕊敗育程度影響其雜交種子的純度，可育環(huán)境下的自我繁殖能力影響其親本繁殖和制種成本。

張立平團(tuán)隊前期研究發(fā)現(xiàn)，光溫敏雄性不育系BS366在可育環(huán)境下，花藥開裂不完全，存在“花粉儲留”現(xiàn)象，影響植株的散粉能力，在花粉可育度較高的情況下，結(jié)實率較低。因此，“花藥開裂度”成為影響小麥光溫敏不育系BS366育性的又一個關(guān)鍵因素。

白建芳介紹，先前通過噴施外源茉莉酸甲酯，也使BS366在可育環(huán)境下增加花藥開裂度，進(jìn)而提高結(jié)實率，因此推測該不育系花藥開裂異常與茉莉酸合成及調(diào)控途徑相關(guān)?！巴瑫r，我們發(fā)現(xiàn)茉莉酸信號途徑參與了光溫敏雄性不育小麥的育性轉(zhuǎn)換，然而目前對其分子機制還不清楚。”

揭示茉莉酸信號

調(diào)控機制

“茉莉酸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑比較復(fù)雜，涉及多種調(diào)控過程，如植物生長發(fā)育、育性調(diào)控和植物免疫等?！卑捉ǚ颊f，MYC作為重要的轉(zhuǎn)錄因子，通過與茉莉酸結(jié)合調(diào)控茉莉酸應(yīng)答基因的表達(dá)，但它是否參與了花藥開裂的調(diào)控、是以何種方式調(diào)控的，此前尚未有相關(guān)研究。

研究人員利用生物信息學(xué)及分子生物學(xué)等技術(shù)手段，共分離了小麥的11個TaMYC家族成員。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MYC轉(zhuǎn)錄因子除通過茉莉酸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)控花藥開裂外，該基因還受光敏色素構(gòu)型轉(zhuǎn)換的調(diào)控。此外，MYC家族不同基因受調(diào)控的表達(dá)方式各有不同。

研究人員進(jìn)一步通過序列比對預(yù)測，發(fā)現(xiàn)該基因家族可受不同miRNA調(diào)控。據(jù)此，研究人員進(jìn)一步構(gòu)建了miRNA調(diào)控的TaMYC基因?qū)鼓?、茉莉酸、光信號及植物激素信號通路之間的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，可為進(jìn)一步研究作物在花藥開裂及逆境脅迫方面提供理論參考。

“我們獲得了大量關(guān)于TaMYC家族的重要信息，有望為小麥育種，特別是光溫敏雄性不育系小麥的改良提供新的見解。同時提供了新的候選研究基因及miRNA資源。”張立平說。