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现代作物生产协同创新中心发现
首个植物腺体分化基因Gl2e

 

    近日,Nature Communications发表了植物功能基因组学研究的重要成果首个植物腺体分化基因Gl2e被发现,该成果是第一个利用正向遗传学手段图位克隆的棉花基因,由现代作物生产协同创新中心牵头单位南京农业大学张天真和中科院上海植物生理生态研究所陈晓亚两个团队协同合作完成的植物腺体形成基因图位克隆与功能分析研究论文,南京农业大学马丹博士与胡艳副教授为共同第一作者。本项目由国家自然科学基金和国家重点基础研究发展计划(973计划)的共同支持完成。
    腺体普遍存在于植物界,是植物产生各种次生代谢化合物的主要器官。次生代谢产物则是天然产物的宝库,是药物开发的源头。例如治疗疟疾的高效药物青蒿素就是由青蒿的腺体分泌产生的。因此,对植物腺体器官的分化发育调控的研究,对于合理开发植物天然产物的利用也提供了重要的理论基础。
    腺体分布于棉花植物整个植株的各个部位。棉花腺体产生的主要次生代谢产物是棉酚(gossypol)。棉酚是一种黄色多酚羟基双萘醛类化合物。由于棉酚具有诱导细胞程序性凋亡,降低细胞的钾离子浓度等特点,因此对病原微生物、昆虫和哺乳动物都会产生毒性。分布于棉花全身的腺体也成为了一道抗病虫害的防御体系。棉花各个组织器官中,棉籽的棉酚含量相对最高。棉籽中还含有极为丰富的蛋白质、脂肪。棉籽油和棉籽蛋白分别占世界食用植物油和蛋白质总供应量的10%和6%。但是,棉籽中含有有毒性的棉酚,因此棉籽蛋白与棉籽油需要经过脱毒处理才能达到食用标准。这就大大增加了棉副产品加工与食品生产的成本。通过遗传育种手段选育棉籽低酚的棉花新品种,同时保持棉花植株的棉酚腺体的分布,才能从根本上解决棉籽有效利用问题。
    Gl2e基因为目前发现的第一个控制腺体分化的基因。根据南京农业大学棉花遗传与育种创新团队绘制的棉花高密度遗传图谱(Nature Biotechnology, 2015),Gl2e基因的精细定位得以圆满完成。抑制Gl2e的表达可以造成棉花不再产生腺体器官的分化,棉酚含量减少约90%。腺体分化基因的图位克隆为进一步探索腺体发生的分子机理,及通过生物工程技术手段培育植株有腺体种子无腺体的棉花新品种奠定了基础,并突破了植物天然产物利用的分子理论,有广阔的研究与生产利用前景。


发布日期:2016-03-30 16:51:53来源:江苏教育
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