植物激素赤霉素抑制木本油料能源植物小桐子的成花转变

  小桐子(Jatropha curcas)是大戟科多年生木本油料植物,其种子含油率高达40%,是加工生产生物燃油的优质原料。然而,小桐子营养生长过于旺盛,且开花习性不稳定,导致种子产量低。赤霉素(gibberellins, GAs)是一类在植物整个生命周期的各个生长发育阶段都具有重要调控作用的植物激素,如种子的萌发与休眠、茎的伸长、分枝的发生、单性花性别决定以及果实和种子的发育与成熟等。大量研究表明,赤霉素可促进包括拟南芥在内的大多数一年生植物的成花转变;然而,不少多年生木本植物的成花转变往往被赤霉素所抑制。 

  为研究赤霉素在木本油料能源植物小桐子成花转变过程中的作用,中科院西双版纳热带植物园的中科院热带植物资源可持续利用重点实验室能源植物分子育种研究组的硕士生李家龙和副研究员潘帮珍在徐增富研究员的指导下,通过使用赤霉素及其生物合成抑制剂进行单独或组合处理修剪和未修剪的小桐子,观察统计这些处理对花芽发生的影响。研究结果表明,赤霉素抑制小桐子花芽的发生;赤霉素合成抑制剂促进小桐子花芽发生,并可削弱赤霉素的抑制作用。此外,为了解自然条件下赤霉素在小桐子成花转变过程中的作用,我们还分析了小桐子花芽发生前后,赤霉素合成及降解酶基因以及赤霉素受体基因的表达水平变化情况。研究发现,相对于花芽发生前,花芽发生后赤霉素合成酶基因表达量相对降低,而降解酶基因表达量相对升高,进一步说明了成花转变后赤霉素信号相对较弱。由此可知,与促进模式植物拟南芥成花转变的作用相反,赤霉素抑制小桐子的成花转变,这与之前在杨树和苹果等木本植物中的研究发现相似。 

  在后续研究中,我们将测定自然条件下,小桐子成花前后内源赤霉素含量的变化,检测赤霉素信号转导途径中各基因的表达变化;此外,我们还将通过关键基因的超量表达或沉默调控内源赤霉素含量的变化,进而从分子水平上解析赤霉素调控小桐子成花转变的机理。 

    上述相关研究结果以Gibberellin Inhibits Floral Initiation in the Perennial Woody Plant Jatropha curcas为题,已在线发表于国际专业学术期刊Journal of Plant Growth Regulation上。该研究得到了云南省自然科学基金(2016FB033)、国家自然科学基金(31500500 31370595)和中科院科研项目(ZSZC-014, 2017XTBG-T02)的资助。   

  A 赤霉素处理;B对照;C 赤霉素合成抑制剂处理的小桐子植株 

  红色圆圈内是小桐子果序 

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中国科学院西双版纳热带植物园

中国科学院西双版纳热带植物园,国家AAAAA级旅游景区,位于中国云南省西双版纳傣族自治州景洪市勐腊县勐仑镇葫芦岛,中国面积最大、收集物种最丰富、植物专类园区最多的植物园[1] ,也是集科学研究、物种保存和科普教育为一体的综合性研究机构和风景名胜区。

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