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开花时间是决定植物繁殖成功及作物产量的关键因素,也是植物适应不同环境的重要机制。花期变化对芸薹属蔬菜的育种至关重要,以确保其适应当地气候条件。蔓菁(Brassica rapa ssp. rapa)作为起源于地中海地区的芸薹属古老根茎类蔬菜,其驯化过程受到自然选择的显著影响,是少数能适应青藏高原气候的栽培作物之一。然而,关于蔓菁在不同地区(尤其是青藏高原)开花时间适应性进化的潜在分子机制仍知之甚少。
为探究不同蔓菁种质资源间开花时间的变化及其潜在遗传机制,中国科学院西双版纳热带植物园(以下简称“版纳植物园”)研究人员对来自世界各地的104份地方种质资源进行开花时间分析。来自不同地理区域的蔓菁开花时间表现出显著差异,这与它们生长地区的海拔和气候温度密切相关。研究进一步分析了蔓菁FRIa和FLC2基因的遗传变异及其对开花时间差异的贡献。研究结果表明,开花时间关键调控基因FRIa变异在蔓菁开花时间的适应性性状上,特别是维持高海拔蔓菁晚花方面发挥着关键作用。同时,特异性单核苷酸多态性(SNP)变异对高原FRIa基因的功能强化起作用。研究结果揭示了蔓菁开花时间沿海拔梯度的适应机制,为阐明FRIa如何促进蔓菁在不同海拔条件下适时开花提供了新的见解,也为蔓菁FRIa强功能变异驱动海拔梯度下的开花时间适应性演化提供了分子基础。
相关研究成果以A functional FRIa variant drives turnip adaptation to the Qinghai-Xizang Plateau为题在国际学术期刊Molecular Horticulture杂志在线发表。版纳植物园植物基因组演化与次生代谢课题组郑艳副研究员和博士后杨丹妮为共同第一作者,杨永平研究员、孔祥翔副研究员和杨云强副研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目、第二次青藏高原综合科学考察研究、云南省“云岭学者”计划、中国科学院战略性先导科技专项(A类)等项目的资助。

图1蔓菁群体的表型及FRIa单倍型序列分析。

图2 FRIa 等位基因变异在开花调控中的功能验证。

图3 蔓菁中FRIa变异调控开花时间功能的示意图。
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