1月27日，中国农业科学院作物科学研究所作物生物信息学及应用创新团队揭示了弱蓝光遮荫信号诱导大豆叶片衰老的分子机制，创制了具有抗叶片衰老特性的耐荫突变体，为培育合适耐密高产大豆新品种提供了育种新材料。相关研究成果在线发表在《Nature Communications》上。
据刘斌研究员介绍，叶片衰老受叶龄、植物激素等内源性因素和光照、温度、压力等外源性条件共同调节。遮荫、干旱、病虫害等不良环境均可能导致叶片早衰，严重影响作物光合效率和营养再分配，从而降低产量。虽有线索表明密植或套种环境下，遮荫会加速大豆叶片衰老并造成减产，但植物如何精确感知遮荫信号并调控叶片衰老的具体机制尚不清晰。因此，深入探究叶片衰老调控机制对理解基本生物学过程及优化作物生产性能具有重大意义。
该团队发现，远红光和弱蓝光通过不同途径调控大豆叶片衰老，而两者叠加更会加速这一衰老进程；且在弱蓝光诱导叶片衰老过程中，大豆中蓝光受体隐花色素发挥主要作用。进一步研究表明，激活状态下的隐花色素能够与蛋白GmRGAa和GmRGAb相互作用并维持其蛋白稳定性，从而靶向抑制衰老相关基因GmWRKY100，延缓叶片衰老进程。反之，在弱蓝光环境下，GmRGAa和GmRGAb蛋白水平下降，GmWRKY100表达量增加，进而促进大豆叶片衰老。研究团队以天隆一号为亲本，敲除了GmWRKY100基因，构建了具有抗叶片衰老特性的耐荫突变体株系。在北京地区的田间试验显示，突变体的底部叶片衰老明显延迟，并且显著提高了大豆产量。该研究为开发适合密植栽培的高产大豆新品种提供了理论基础、新基因资源和育种新材料。
作科所已毕业博士生李庄、博士后吕向光和研究员李宏宇为该论文的共同第一作者，刘斌研究员为论文的通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国农科院农业科学技术创新项目和中央级公益性科研院所基本科研业务费专项的资助。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45086-5
日期：2024-02-18
