Plant Physiology | 中国农科院张学勇课题组发现生长素响应因子TaARF15-A1调控小麦衰老的分子机制

叶片是作物进行光合作用、制造养料的重要器官，其生长发育对作物的产量和品质十分重要。旗叶变黄衰老是作物成熟的一个重要标志，适时成熟对于光合产物向籽粒的转移和集中极为重要，是品种选育中的一个重要衡量指标。因此，鉴定与衰老相关的功能基因，解析其调控机制，将有助于理解作物的衰老与成熟过程；利用分子标记辅助选择选育抗衰老品种，最大限度地利用光合资源（光、温、水、肥）及产物，有利于提高作物的产量和品质。目前，小麦中衰老相关基因研究较少，而且衰老的调控分子机理尚不清楚。

近日，中国农业科学院作物科学研究所张学勇研究员团队在Plant Physiology在线发表了题为“The auxin response factor TaARF15-A1 negatively regulates senescence in common wheat (Triticum aestivum L.)”的研究论文，揭示了生长素响应因子调控小麦衰老的分子机制。

该研究发现TaARF15-A1过表达株系在田间表现出整株、旗叶、穗部衰老延缓和籽粒成熟延缓，而TaARF15 RNAi株系和arf15突变体株系则表现出衰老和成熟提前。且arf15株系的千粒重和株高显著降低，其他性状无显著差异，表明TaARF15突变以后小麦衰老提前、千粒重下降。转录组分析发现TaARF15-A1可能下调一些促进叶片衰老基因的表达而上调一些延缓衰老基因的表达参与调控小麦衰老。在TaARF15-A1调控的候选基因中，TaARF15-A1可直接结合TaNAM-1启动子。植物激素之间的cross-talk在植物衰老调控中广泛存在，该研究发现TaARF15-A1与正调控小麦衰老的TaMYC2均结合到TaNAM-1邻近的启动子区域，且二者存在蛋白-蛋白互作。因此，即使TaARF15-A1不直接影响TaNAM-1的转录，也可通过与TaMYC2互作以及竞争结合同一个基因启动子序列上的相近位点间接抑制TaNAM-1的表达来参与小麦衰老的调控。此外，在全球小麦种质资源材料中发现TaARF15-A1可以形成两种单倍型，性状/标记的关联分析表明TaARF15-A1-HapI在多个环境中均表现为矮杆和早熟，且TaARF15-A1单倍型在中国和全球小麦育种进程中经历了强烈的选择。该研究为生长素路径参与调控谷类作物衰老以及生长素和JA信号途径之间的交叉调控提供证据，也为小麦早熟性状提供一个功能标记。

TaARF15调控小麦衰老的分子机制模型

中国农业科学院作物科学研究所博士研究生李慧芳与柳洪助理研究员（现就职于中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心）为论文的共同第一作者，张学勇研究员与郑军副研究员（现就职于山西农业大学小麦研究所）为论文共同通讯作者。中国农业科学院作物科学研究所郝晨阳副研究员、李甜副研究员、博士后刘云川、硕士王小璐以及博士研究生杨宇昕也参与了本研究工作。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划项目和中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiac497

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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