操控豌豆FRUITFULL基因失活，延长豌豆花序增殖时间 可让产量翻倍

操控经济农作物豌豆的FRUITFULL基因失活，能够让豌豆开更久更多的花，结更多的籽，从而有效提高产量。

　　

一年生植物一生只有一个繁殖季节。因此，花和果实的生产均受限于这个时期的长度。通过某种调控方式阻止花序分生组织的生长、进而控制开花停滞，以优化资源分配以确保种子充盈，是植物的一种繁殖策略。种子生产是引发花序增殖停滞的主要因素。由西班牙国家研究委员会(CSIC)和瓦伦西亚政治大学(UPV）组成的植物分子和细胞生物学研究所(IBMCP)的一个研究小组发现，一种名为FUL的基因控制着豌豆等作物生殖阶段的持续时间。这种基因有可能被用于延长这一阶段的生物技术工具，从而增加豌豆和其他豆类(如鹰嘴豆、扁豆或豆类)的果实和种子的产量。这项研究发表在美国国家科学院院刊(PNAS)上。

通过生产果实/种子来控制开花停滞被认为是一年生植物的普遍现象，科学家们正在寻找导致植物停止开花以控制其繁殖期长度的遗传因素。几年前，由IBMCP的CSIC研究教授Cristina Ferrándiz领导的小组发现了一种名为FUL (FRUITFULL)的基因，它是开花停滞的一个非常重要的调节因子。但最近确定控制该过程的遗传因素的研究仅集中在拟南芥上。IBMCP的新研究证明了FRUITFULL在豌豆(一种具有不同的花序结构的植物)中也可以作为开花停滞的调节剂，这有力地表明，在拟南芥中发现的遗传途径可能是控制开花持续时间的普遍机制。当这个基因被改变时可观察到田间产量的增加，这代表了一个概念证明，强调了在广泛的双科作物植物中操纵这条路线以获得更高产量的潜力。

“最初的研究只在拟南芥中进行，这是一种没有农艺学意义的实验室植物，”Ferrándiz回忆说:“我们想知道FUL的这种功能在其他物种，特别是作物物种中是否相同，以及我们是否可以利用这一知识培育出开花和结果时间更长、从而产量更高的植物。”为此，由IBMCP的CSIC研究员Francisco Madueño和其他法国和加拿大科学家领导的团队研究了FUL基因在豌豆植物中的作用，豌豆是一种具有高营养价值的豆科植物。“我们已经看到，导致豌豆中FUL基因功能缺失的突变会导致植物长时间开花结果。这告诉我们，FUL不仅在实验室植物拟南芥中控制生殖阶段的持续时间，而且在其他物种中也控制着，包括农作物，”Ferrándiz解释说。他说:“延长开花和果实的生产时间意味着，在某些豌豆品种中，FUL基因的突变可以使种子产量增加一倍，在温室和田间都具有与非突变植物相同的营养特性。”

由经典方法产生的突变体

发表在最新一期《美国国家科学院院刊》上的这项研究的作者强调，为了获得分析的FUL基因的突变，他们使用了通过经典方法获得的突变体库，而没有产生转基因植物。因此，Francisco Madueño说:“获得新的植物品种的方法可以基于传统的诱变，就像今天和在这项研究中使用的那样，或者基于使用CRISPR的基因编辑，这是在不久的将来精准农业最有前途和最强大的工具。”

这些结果的潜在应用是利用FRUITFULL基因作为提高豆科作物产量的生物技术工具。在中等产量的豌豆品种中，种子产量的增加最为显著。相比之下，在产量已经非常高的高产品种中，FUL基因突变的影响很小。

对于IBMCP的研究人员来说，FRUITFULL基因有助于快速、直接地改良豆类品种。它们非常有价值，因为它们具有有趣的特性，例如对病原体或抗旱性高，但目前由于产量低而未被使用。“在这些品种中突变FUL基因也很可能使它们高产并对农业有用。考虑到我们在气候危机的背景下面临的挑战，以及开发能够更好地抵御气候危机的品种的必要性，这可能非常重要。”