東北地理所在GmCS1基因調控大豆葉片黃綠雜色機制研究方面取得進展
植物的同一片葉子上存在黃色和綠色斑塊稱為黃綠雜色葉。這種葉片的表型在觀賞植物中被認為是一種優異的性狀，增加植物的觀賞價值。但在作物中，葉片黃綠雜色被認為是一種負面的性狀，因為它會影響光合作用和作物生長，降低生產力和產量。葉肉組織由柵欄組織和海綿組織組成，包裹著負責輸送礦物質、有機養料和水分的維管系統，葉綠體是植物光合作用的主要場所。早期的研究證明，黃綠雜色葉片中黃色部分的葉肉細胞中的葉綠體結構被破壞。但直到最近，調控大豆葉片黃綠雜色表型的分子生物學機制在很大程度上仍未被解析。
近日，中國科學院東北地理與農業生態研究所大豆功能基因組學學科組從人工誘變大豆群體中鑒定了四個葉片黃綠雜色突變體，Gmvar1、Gmvar2、Gmvar3和Gmvar4(圖1)。基于圖位克隆、等位基因鑒定實驗和CRISPR基因敲除突變體，證明突變的GmCS1控制Gmvar突變體的葉片黃綠雜色表型(圖2)。GmCS1編碼大豆的分支酸合酶，Gmcs1突變體中苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的含量顯著降低(圖3)。對Gmvar突變體外源施加三種芳香族氨基酸混合物以及僅施加苯丙氨酸，可以使突變體葉片黃綠雜色表型的恢復(圖3)。在Gmvar突變體中，與代謝和生物合成相關的各種生物過程和信號通路被改變。
該研究成果近期以題為Disruption of CHORISMATE SYNTHASE1 leads to yellow-green variegation in soybean leaves發表在國際知名SCI期刊《Journal of Experimental Botany》(IF:6.9)上。大豆功能基因組學學科組馮獻忠研究員和楊素欣研究院為通訊作者，吉林農業大學聯合培養碩士研究生朱曉斌和大豆功能基因組學學科組鄭凱杰助理研究員為論文第一作者。該研究得到國家自然科學基金(U21A20215)、之江實驗室(2021PE0AC04)、吉林省科學技術發展項目(20210508009RQ)聯合資助。
論文信息：Xiaobin Zhu, Kaijie Zheng, Lei Lu, Hui Yu, Fawei Wang, Xinjing Yang, Javaid Akhter Bhat , Beifang Zhao, Yi Wang, Haiyan Li, Suxin Yang*, Xianzhong Feng*. Disruption of CHORISMATE SYNTHASE1 leads to yellow-green variegation in soybean leaves. Journal of Experimental Botany. 74(14):4014-4030.
文章鏈接：https://doi.org/10.1093/jxb/erad139
圖1 Gmvar突變體的表型
圖2 等位突變體雜交植物的表型
圖3 Gmvar1突變體內源氨基酸含量變化及外源施加氨基酸后的葉片黃綠雜色的表型恢復
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