【Mol Plant】突破！让小麦一年生长5季的方法

春化作用（vernalization），是指植物必须经历一段时间的持续低温才能由营养生长阶段转入生殖生长阶段的现象。春化过程中的低温，可诱导和促进越冬植物的花芽形成。以冬小麦为例，它一般在秋季萌发，经过一段营养生长后度过寒冬，才能在第二年夏初开花结实；这种机制有利于作物的顺利过冬。为了在未来开发高产、高营养价值的作物，各国研究人员进行了一系列的探索，并通过优化植物生长过程中的光照和温度等条件，大大缩短了植物的世代交替时间。但是，对冬季作物的春化作用改善不大，仍需要植物经历长达6-10周的低温处理。

2022年6月25日，Molecular Plant 在线发表了英国利兹大学Laura E. Dixon、韩国国家作物科学研究所Dongjin Shin和澳大利亚昆士兰大学Lee T. Hickey联合团队题为 Speed vernalization to accelerate generation advance in winter cereal crops 的研究论文。该研究通过优化春化作用的光照和温度等条件建立了快速春化方案，并证实该方法与快速育种结合可使麦子每年生长5季；为加速冬季作物的生物学研究和育种提供了巨大的潜力。

目前，标准的春化处理方案为：短日照条件（8小时光照，16小时黑暗）下，进行6-10 周2-6℃的低温处理。有趣的是，有证据表明春化作用也可以在温暖的条件下完成；比如，一些谷类作物的最佳春化温度在8-14℃之间；暗示了春化作用的可优化性。该研究建立了一种快速春化（SV）方案：超长光照条件（22小时光照，2小时黑暗）下，进行8-10℃的温暖处理；并让土壤表面的种子直接进行SV处理（称为SGV）。通过对51个品种的冬小麦（Triticum aestivum）和60个品种的冬大麦（Hordeum vulgare）进行测试，研究人员发现，SGV可适用于绝大多数的冬小麦和冬大麦品种（Figure 1）。同时，结合快速育种（SGV-SB）可显著加快麦子的世代更替时间；正常条件下每年只能生长2季的麦子，在SGV-SB条件下，每年最多可实现5季。

谷类作物的春化作用，主要受到VRN1、2和3的调控：VRN1是花启动因子，而VRN2是花抑制因子，可分别被低温和长日照激活；春化作用可同时激活VRN1并抑制VRN2 ；VRN3也称为FT1-like，可被春化作用诱导表达，协调植物从营养性发育向生殖性发育的过渡。那么，快速春化是否通过调控VRN1、2和3来发挥作用？该研究发现，快速春化可使VRN1和VRN3的表达下降；意外的是，SV的超长光照并没有激活ZCCT1（VRN2基因）的表达，反而在春化过程中持续抑制了它的表达，但SGV可诱导ZCCT1的持续表达（Figure 2）。

综上所述，该研究通过优化春化作用的光照和温度等条件建立了快速春化方案SGV，并与快速育种结合SGV-SB，实现了冬小麦和冬大麦每年生长5季；同时揭示，快速春化通过影响春化相关基因和开花相关基因的表达而发挥作用；为加速冬季作物的生物学研究和育种提供了巨大的潜力。

来源：MP植物科学

转自：iPlants

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