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Frontiers in plant science|河北农业大学揭示光周期调控小豆开花的分子机制

发布日期:2022-08-18 10:00:57

小豆作为我国一种营养丰富且具有药用价值的杂粮作物,在居民膳食结构中占有重要地位。但小豆花荚脱落严重、产量低且不稳定、种植区域受限一直是全国各地生产中的主要矛盾,这与其花发育过程中受到环境因子的影响有关。其中光照是诱导植物成花的重要生态因子,植物开花时间和花器官发育均受到日照长度的调节,其过程与花器官发育、结构变化及相关生理过程和关键基因的调控密切相关。目前已有大量光周期影响植物开花的研究被报道,也有一定数量调控开花相关的基因被克隆。然而有关光周期调控小豆开花的代谢途径和相关基因的研究却尚未见报道。

近日,河北农业大学张月辰教授带领的小豆课题组在Frontiers in plant science杂志上在线发表了题为“Transcriptome analysis of short-day photoperiod inducement in adzuki bean (Vigna angularis L.) based on RNA-Seq”的研究论文,本研究发现短日照诱导可促进小豆花芽分化,采用RNA-seq技术获得了植物激素、昼夜节律和天线蛋白三条与开花相关的代谢通路,从这三个代谢通路中共筛选到13个差异性显著且与开花相关的基因,这为下一步基因功能验证及解明小豆开花时间的基因调控网络提供依据。

   




通过对短日照敏感的小豆品种‘唐山红小豆’进行5d、10d和15d的10h短日照诱导,发现短日照诱导促进小豆花芽分化进程并使开花时间提前,RNA-Seq结果表明,CK-5d VS SD-5d、CK-10d VS SD-10d 和 CK-15d VS SD-15d 三个比较组共获得5608个差异表达基因,GO富集获得了开花、光系统和昼夜节律功能条目,说明小豆经过短日照诱导后,一方面通过诱导FT基因的上调直接促进小豆开花,另一方面PSⅡ的外周捕光天线可以捕获和传递光能,提高光能利用率而促进小豆提前开花。KEGG富集获得了植物激素、昼夜节律和天线蛋白三个与开花相关的代谢通路,通过差异性和表达量特征,在三个代谢通路中共筛选到13个差异性显著且与开花相关的基因,是调控小豆开花时间的候选基因。本研究明确了调控小豆开花时间的功能条目和代谢通路,筛选的13个调控开花相关基因对于解明不同代谢通路的调控机制起着重要作用,也为小豆分子育种提供重要参考。