遺傳發育所大豆茸毛密度遺傳網絡調控研究獲進展

　　大豆馴化起源于中國，隨后廣泛傳播于世界各地，為人類提供了主要的植物油和蛋白資源，是世界性的重要糧食經濟作物。表皮毛是植物表皮細胞分化形成的一種特殊的細胞形態，廣泛分布于植物的葉片、莖稈以及花萼等地上部器官表面。作為植物應對外界環境（生物或者非生物脅迫）的第一道防線，表皮毛在植物的生長發育以及抗逆中發揮著極其重要的作用。此外，表皮毛也是研究植物細胞命運調控的重要模式系統之一。例如，擬南芥表皮毛作為典型的單細胞結構，其調控機制已經進行了深入研究，即通過MYB-bHLH-WD40蛋白復合體調節下游關鍵基因的表達，從而控制表皮毛的分化發育。在大豆中，表皮毛被稱為茸毛。大豆茸毛也是典型的單細胞結構，無分支。研究發現，大豆茸毛密度與抗旱和抗蟲等重要性狀密切相關，然而關于大豆表皮毛發育的遺傳基礎和分子機理還不清楚。

　　中國科學院遺傳與發育生物學研究所田志喜研究組主要研究方向為大豆功能基因組研究，旨在通過多組學聯合的分析方法，對影響大豆產量、品質等重要農藝性狀的網絡調控系統進行解析，揭示調控大豆器官發生、種子發育、植株形態建成以及品質形成的內在機制，并致力于培育穩產高產優質大豆新品種。近日，該團隊挖掘到調控大豆茸毛密度的三個關鍵基因：多毛控制基因Pd1、少毛控制基因Ps和無毛控制基因P1。研究發現，Pd1編碼HD-Zip Ⅳ類的轉錄因子，Ps編碼一個含有WD40結構域和RING結構域的蛋白，P1編碼一個含有AAI結構域的磷脂轉運蛋白。

　　遺傳分析發現，Pd1與Ps存在互作，并且Pd1和Ps調控茸毛的形成依賴于P1。進一步研究揭示，Pd1、Ps與P1三者之間存在相互調控關系：Pd1通過結合啟動子促進P1和Ps的表達并且抑制Pd1自身的表達。同時，Pd1與Ps也存在分子互作，它們形成蛋白復合體共同調控下游相關基因的表達；同時，Ps能夠抑制Pd1的轉錄活性，從而使大豆茸毛密度維持在一個平衡狀態。此外，赤霉素（GA）和細胞分裂素（CK）信號通路能夠上調轉錄因子編碼基因Pd1表達。研究結果顯示，大豆茸毛形成的調控模式不同于擬南芥表皮毛，是一種新的調控機制。該機制的發現對于揭示植物細胞命運調控的多樣性具有重要價值。

　　該研究于10月13日在Molecular Plant雜志在線發表，題為A Pd1-Ps-P1 Feedback Loop Controls Pubescence Density in Soybean（DOI:10.1016/j.molp.2020.10.004）。田志喜研究組博士劉書林為文章第一作者，田志喜為文章通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃、農業農村部和國家自然科學基金委的資助。