豌豆是世界第四大食用豆类作物,在世界各地广泛种植。豌豆中已鉴定出几种经典的叶片突变体,包括单叶突变体 (uni)、afila (af)、无卷须 (tl)、cocholeata (coch)、托叶减少 (st)。
20 世纪 70 年代,豌豆育种者引入了 af 突变来开发“半卷须”豌豆品种,其特征是所有羽片都变成卷须,但保留一对正常的托叶。自此,af“半无触须”突变在全世界范围内得到广泛应用。然而,迄今为止,AF基因位点尚未被克隆。
中国科学院西双版纳热带植物园(XTBG)研究人员在《Physiologia Plantarum 》发表的一项研究中,鉴定出豌豆经典突变体afila的候选突变基因为PsPALM1a和PsPALM1b,并进一步阐明了保守的分子调控模块AF是如何发挥作用的。 -UNI(豌豆)/MPL1-CaLFY(鹰嘴豆)/PALM1-SGL1(苜蓿)介导不同的复合叶形态发生。
对afila突变体的表型统计分析显示,其复叶的基部侧叶全部转化为卷须枝,而顶部的卷须结构与野生型相比没有明显变化。
分子分析表明,AF 基因位点与两个串联排列的 PsPLAM1a 和 PsPLAM1b 基因高度相关,这两个基因都编码 Cys(2)His(2) 锌指蛋白转录因子,与报道的带刺苜蓿中的 PALM1 和鹰嘴豆中的 MPL1 是直系同源的,以及哥伦拜恩的POP。
进一步原位杂交表明,PsPALM1a和PsPALM1b在早期复叶原基的基部叶原基中特异性高表达,而在复叶原基上部(未来卷须发育区)和托叶原基中低表达。通过病毒诱导的基因沉默敲除PsPALM1a和PsPALM1b基因可以促进基部侧叶向卷须的转变。
“我们的研究为自然界复合叶形态多样性的形成机制提供了新的见解,也为豌豆半无叶性状的分子育种和遗传改良提供了重要的理论指导和遗传资源。”天地植物园何亮亮说。