一次结实植物一生只有一个繁殖阶段。因此，花和果实的生产被限制在这一时期的长度。这种繁殖策略涉及协调阻滞花序分生组织的生长来调控开花停止，优化资源配置以确保种子填充。开花停滞似乎是所有一次结实植物的调控现象。对一些物种的早期研究发现，种子生产是引发花序增殖阻滞的主要因素。最近，控制花序停滞的遗传因素，与种子生产引起的推测信号平行，已经在拟南芥中被发现，MADS- box基因FRUITFULL (FUL)在这一过程中发挥了核心作用。然而，调控阻滞的基因网络是否也在其他物种中发挥作用，这是完全未知的。
近日， Irene Martínez- Fernández等在国际知名期刊《PNAS》上在线发表了题为：“Analysis of pea mutants reveals the conserved role of FRUITFULL controlling the end of flowering and its potential to boost yield”的研究论文，该研究展示了携带euFUL基因功能缺失突变的豌豆植物如何延长生殖期，增加豆荚和种子数量，从而支持了FUL- AP2通路在一次结实植物花序增殖抑制的保守作用。
该研究以豌豆中的豆科植物特异性复制产物PsFULa和PsFULb为研究对象，首先分析了这两个euFUL基因生殖发育前后的时空表达模式，并观察过表达euFUL拟南芥表型变化发现，豌豆和拟南芥euFUL直系同源物的蛋白质功能以及表达模式似乎是保守的（图1）。
图1.PsFUL表达及蛋白功能的鉴定。
通过EMS豌豆育种，该研究得到了单突变体psfulb-1、 psfula-1及双突变体psfula-1 psfulb-1，psfulb-1和 psfula-1在增殖停止发生之前显示出开花节点数量的增加，但没有观察到其他主要的发育影响。双突变体psfula- 1 psfulb- 1的育性显著降低，但出现了一些与psfulb- 1相似的开花节点（图2）。将单突变体和双突变体回交到野生型亲本Cameor系5次，在其后代进行表型表征发现野生型和突变株系的开花时间相似，psfula-1突变体中有轻微但显著的延迟，但叶片形态和复杂性基本不受影响。在psfulb突变体中，开花节点的数量和开花期的长度显著延长，在psfula psfulb突变体中甚至更多，这也导致每株植物产生的豆荚增加，种子生产数量较野生型增加了一倍以上，但种子重量和组成成分没有显著差异（图3）。
图2.在 PsFULa 和 PsFULb 中发现的突变
图3.psful 突变体的表型特征
Psful突变体的特性有力地支持了这些突变体在提高豌豆作物产量方面的潜在用途。Cameor的BC5-F3 psful系连续两年在田间进行性能测试，结果表明，与对照组相比，psful突变体的荚果数量增加了30 ~ 77%，种子产量增加了45 ~ 88%。单株种子重量最高的是psfula psfulb，几乎是Cameor的两倍。
图4.psful突变体产量的田间试验评估
来源丨PBJ报道
编辑丨农财君
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