具有不同叶片衰老单倍型特征的两种向日葵近等基因系的分子和生理学特性研究

《BMC Plant Biology》：Molecular and physiological characterization of two sunflower near-isogenic lines with contrasting haplotypes for leaf senescence

　　

摘要

背景

叶片衰老受多种遗传机制和环境因素的调控。在衰老过程中，细胞器会降解，叶绿素也会流失。同时，大分子会被分解成较小的分子，并运输到种子等组织中，这一过程称为养分再利用。通过减少光合作用和增加养分再利用，衰老会影响种子产量和种子蛋白质含量。此外，对其机制的理解对农业生态学具有重要意义，因为它可以提高氮素利用效率。向日葵是全球第四大油料作物，其特点是需水量和氮素需求较低。向日葵在开花后很快就会开始衰老，这限制了其生产力。此前已经从农艺学角度探讨了衰老、水分胁迫和绿肥作物之间的相互作用。在这里，我们通过比较两个具有不同LES10.179 QTL单倍型的近等基因系在形态生理特征、生化反应、转录组及代谢组方面的差异，从分子水平上研究了这种相互作用。我们在水分胁迫条件下以及存在两种覆盖作物（豌豆和黑麦）的情况下对植株进行了研究。

结果

我们的研究发现揭示了几个新的见解，例如次生代谢物的整体减少以及潜在抗氧化小分子的参与。对LES10.179 QTL的表征表明，衰老可能受与NYC1基因同源的基因调控，而NYC1基因参与叶绿素降解。LES10.179 QTL还影响种子蛋白质含量：与早衰相关的单倍型会降低种子蛋白质含量，而另一种单倍型则会产生相反的效果。覆盖作物对分子谱型影响较小，且未观察到干旱与LES10.179 QTL之间的交互作用。

结论

这是首次对向日葵中与叶片衰老相关的QTL进行表征。该QTL还影响种子蛋白质含量，并且不受干旱影响。因此，它可能在育种应用中特别有用。不过，还需要进一步的证据来明确观察到的保持绿色表型是具有功能性还是仅仅出于外观考虑。