小麦是自花授粉作物，播种量大，繁殖系数相对较低，因此，建立完善的高产高效、高质量的杂交种子生产技术体系，是杂交小麦大面积应用的关键环节。其中，小麦花药是否开裂、开裂程度及开裂时间是影响杂交小麦制种产量、质量和成本的重要因素之一。
已有研究表明，植物花药不开裂与茉莉酸类物质代谢相关，喷施外源茉莉酸甲酯可以使突变株的花药开裂、育性恢复。然而，对于控制花药开裂异常的因子及信号通路等相关机制，此前尚不清楚。
近日，北京市农林科学院/北京杂交小麦工程技术中心研究员张立平团队系统剖析了茉莉酸甲酯通路上关键转录因子MYC基因家族及其功能，有望为小麦育种和改良提供新思路。相关成果发表于《BMC基因组学》杂志。
影响小麦杂交的关键因素
论文第一作者、张立平团队助理研究员白建芳博士告诉《中国科学报》，由北京杂交小麦工程技术中心主任赵昌平研究员创制的利用小麦光温敏雄性不育系生产杂交种，即二系杂交小麦技术体系，发展十分迅速，已经成为国内外小麦杂种优势利用的主要途径。
光温敏雄性不育系在不育环境下的雄蕊败育程度影响其杂交种子的纯度，可育环境下的自我繁殖能力影响其亲本繁殖和制种成本。
张立平团队前期研究发现，光温敏雄性不育系BS366在可育环境下，花药开裂不完全，存在“花粉储留”现象，影响植株的散粉能力，在花粉可育度较高的情况下，结实率较低。因此，“花药开裂度”成为影响小麦光温敏不育系BS366育性的又一个关键因素。
白建芳介绍，先前通过喷施外源茉莉酸甲酯，也使BS366在可育环境下增加花药开裂度，进而提高结实率，因此推测该不育系花药开裂异常与茉莉酸合成及调控途径相关。“同时，我们发现茉莉酸信号途径参与了光温敏雄性不育小麦的育性转换，然而目前对其分子机制还不清楚。”
揭示茉莉酸信号
调控机制
“茉莉酸信号转导途径比较复杂，涉及多种调控过程，如植物生长发育、育性调控和植物免疫等。”白建芳说，MYC作为重要的转录因子，通过与茉莉酸结合调控茉莉酸应答基因的表达，但它是否参与了花药开裂的调控、是以何种方式调控的，此前尚未有相关研究。
研究人员利用生物信息学及分子生物学等技术手段，共分离了小麦的11个TaMYC家族成员。结果发现，MYC转录因子除通过茉莉酸信号转导通路调控花药开裂外，该基因还受光敏色素构型转换的调控。此外，MYC家族不同基因受调控的表达方式各有不同。
研究人员进一步通过序列比对预测，发现该基因家族可受不同miRNA调控。据此，研究人员进一步构建了miRNA调控的TaMYC基因对抗逆、茉莉酸、光信号及植物激素信号通路之间的调控网络，可为进一步研究作物在花药开裂及逆境胁迫方面提供理论参考。
“我们获得了大量关于TaMYC家族的重要信息，有望为小麦育种，特别是光温敏雄性不育系小麦的改良提供新的见解。同时提供了新的候选研究基因及miRNA资源。”张立平说。
相关论文信息：https://doi.org/10.1186/s12864-019-6373-y
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