分枝是植物株型建成的重要元素，而作物的株型結(jié)構(gòu)很大程度上決定了作物產(chǎn)量。大豆是重要的糧油飼兼用型作物，也是我國最主要的植物油脂和蛋白的來源。然而，相比于小麥水稻等谷類作物，大豆的單產(chǎn)近幾十年來增加緩慢。其中部分的原因可以歸結(jié)于大豆特殊的株型結(jié)構(gòu)：即大豆的每一片復(fù)葉的葉腋處均可產(chǎn)生側(cè)生分枝或腋生花序/豆莢。從發(fā)育生物學(xué)角度來說，側(cè)生分枝和腋生花序/豆莢均來源于葉腋處的分生組織（axillary meristems，AxMs）。因此，葉腋分生組織細(xì)胞的命運(yùn)決定是大豆株型建成的關(guān)鍵因素。再者，葉腋分生組織的分化在有花植物中呈現(xiàn)出豐富的變異（圖1），是深入研究植物分生組織命運(yùn)決定發(fā)育程序的演化和植物復(fù)雜性狀形成機(jī)理的理想模型。
圖1：不同作物葉腋分生組織發(fā)生、休眠和分化的差異
近日，嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方大豆創(chuàng)新研究院、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和生命科學(xué)學(xué)院的鐘晉順課題組在Current Opinion in Plant Biology發(fā)表題為 “The diversification of the shoot branching system: A quantitative and comparative perspective in meristem determinacy”的綜述文章。該論文系統(tǒng)地比較分析了不同作物的分枝建成的差異，總結(jié)了葉腋分生組織發(fā)育的共性調(diào)控過程和分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。作者進(jìn)一步聚焦大豆獨(dú)特株型的分子調(diào)控。大豆的側(cè)生分枝和腋生花序均來源于葉腋分生組織，然而葉腋分生組織發(fā)育為分枝或者花序的命運(yùn)抉擇的分子開關(guān)尚不清楚。
圖2：葉腋分生組織發(fā)育調(diào)控的分子基礎(chǔ)和演化
禾本科和豆科植物分別是碳水化合物和蛋白質(zhì)兩大能量物質(zhì)的主要來源（圖1）。通過比較分析禾谷類和豆類作物的分枝調(diào)控，作者以玉米/小麥和鷹嘴豆的側(cè)生分枝和腋生花序分化調(diào)控為例，提出控制營養(yǎng)分枝的關(guān)鍵基因可能演化出新的功能，被招募組成新的調(diào)控因子參與生殖發(fā)育過程如花序分枝花的育性調(diào)控等，進(jìn)而協(xié)同控制植物的營養(yǎng)生長和生殖生長，并影響生物量和產(chǎn)量（圖2）。因此，全面系統(tǒng)地闡明作物分枝和花序結(jié)構(gòu)形態(tài)建成的分子機(jī)理和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)可以為實(shí)現(xiàn)作物精準(zhǔn)分子設(shè)計育種提供理論基礎(chǔ)和基因信息。
鐘晉順教授為該論文的通訊作者。博士生李佳佳和博士后姚夏妮為論文共同第一作者。該研究得到了嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室，科技創(chuàng)新2030-重大項(xiàng)目及雙一流學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目的資助。
文/圖 生命科學(xué)學(xué)院 鐘晉順
