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Trends Plant Sci | 钟晋顺/孔凡江系统总结谷类和豆类作物复合型花序的调控机制

花匠小妙招
2024-12-10 19:46

花序结构（inflorescence architecture）直接影响作物的产量（productivity）和植物的适应度（fitness），同时也是研究植物发育和进化研究的理想模型。在很多有花植物中，如拟南芥，花序的基本组成单元是单朵花，这种简单花序可以理解为一朵朵花不断地重复而构成。与之不同，谷类和豆类作物类群植物的花序结构为复合型，即花序的基本单元不是单朵花，而是特化的小花序（如：禾本科小穗spikelets；和豆科次级花序单元secondary inflorescences）。禾本科和豆科植物具有重要的农业和生态价值。因此，如何理解复合型花序的建成对于生物发育和进化研究具有重要的意义，同时也将为谷类和豆类作物的生产应用提供有效的指导意见。

Fig. 1. 谷类和豆类作物形成复合型的花序

华南农业大学的钟晋顺教授和广州大学的孔凡江教授近期在Trends in Plant Science合作系统地总结了禾本科和豆科复合型花序结构遗传调控的分子机制，提出了有花植物进化中复合型花序结构调控可能存在的一般规律。

他们认为特化的花序类结构（specialized inflorescence-like structure）不能简单地解释成分枝的形成，其本身可以作为复杂花序中的基本重复单元 – 即这种特化的花序类结构其实可以理解为复合型的基本单元，其自我重复与简单花序由单朵花的自我复制组成类似。同理，这种特化的花序类结构也可以簇生，形成更高阶的基本重复单元，比如在玉米及其亲缘类群中的小穗对（spikelet pairs）。因此，花序类基本单元可以不断自我重复，或者进一步簇生形成更高阶的重复单元，进而促成花序的复杂性和导致复合型花序的发生。

Fig. 2. 复合型花序顶端分生组织的调控

为了支持这个假说，他们进一步提出三方面的证据：1. 确定性（determinate）复合型花序顶端形成一个特化花序（即禾本科小穗和豆科次级花序结构）（Fig. 1）；2. 与单朵花遗传调控类似，花序类结构受一系列身份基因（identity gene）的调控，并且在禾本科和豆科中，具有高度的保守性 – 特别是TFL1-AP1/FUL/AGL79-AP2模块具有高度保守的功能（虽然具有类群特异性，比如利用类群特异的旁系基因paralogs）（Fig. 2）；3. 特化的小花序本身也具有一定的变异性，而这种变异的调控与花序分枝调控不同，具有不同的机理。同时类群间的花序基本模块的调控机制也不尽相同，具有极大的类群特异性（Fig. 4）。