曲阜师大生命科学学院讯（通讯员：李玉建） 近日，曲阜师大生命科学学院副教授赵航与中国农科院棉花研究所，安徽科技学院合作的论文“Synergistic optimization of crops by combining early maturation with other agronomic traits”在Cell旗下植物学领域知名期刊《植物科学趋势（Trends in Plant Science）》（五年影响因子IF=22.45）上发表，该论文全面阐述作物早熟育种最新研究进展和制约因素，梳理分析作物在驯化过程中适应栽培地区开花和成熟时间的作用机制，并提出利用多效性因子实现作物早熟性与多种优良性状高效聚合的育种策略，对指导作物育种具有重要意义。曲阜师大赵航副教授，安徽科技学院黄先忠教授，中棉所杨召恩研究员为该论文共同第一作者，中棉所李付广研究员、葛晓阳研究员为该论文共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、河南省优秀青年基金、山东省自然科学基金等项目资助。
突破作物种植的纬度界限、减少区域环境和季节气候的限制都高度依赖于作物的早熟性。然而，作物早熟性与产量、抗性等性状呈负相关性，难以同时对早熟、抗病和产量等优良性状进行聚合，是当前作物育种技术面临的一项挑战。该研究系统探讨了单子叶和双子叶作物在驯化过程中适应栽培地区开花和成熟的作用机制，从作物育种视角阐述了如何利用开花和早熟性调节基因加速育种的技术策略。同时，探讨了利用或改进多效性基因实现作物早熟、多抗、高产和株型等优良农艺性状高效聚合的育种方案。此外，针对当前作物育种存在的障碍和局限性，研究提出了新形势下作物育种的方向和实现优良性状聚合必须解决的问题：利用基因编辑技术修饰特定基因或其靶基因启动子，以阻断与不利性状相关的调控通路，同时保留理想性状，继而将多效性基因转变为聚合多种优良性状的“明星”基因；优化作物遗传转化方法，建立高效、便捷、周期短、不受基因型影响的作物遗传转化体系；利用空间单细胞测序技术在单细胞分辨率下系统鉴定所需的优异基因；加强多效性基因的功能广谱性探究，以扩大其在农业生产中的应用价值；最后，鉴于不同农艺性状均受到由各种环境因子、植物激素和转录因子等构成的高度复杂网络系统的调控，应投入更多精力阐明不同农艺性状的调控机制及其关系，这将有利于发现新的调控因子或改进已知的优异基因型。
多效性因子驱动作物优良农艺性状聚合
6月，曲阜师大副教授赵航与中国农科院棉花研究所合作在国际知名期刊《新植物学家（New Phytologist）》（五年影响因子10.50）上发表题为“GhRCD1 regulates cotton somatic embryogenesis by modulating the GhMYC3-GhMYB44-GhLBD18 transcriptional cascade”的研究性论文。赵航副教授为该论文共同第一作者，中棉所李付广研究员、葛晓阳研究员为该论文共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、安徽省高校学科（拔尖）人才学术资助等项目资助。
由于细胞的全能性，植物具有显著的再生特性，实现由单个细胞或细胞群发育成整个植株。体细胞胚胎发生作为最重要的再生模式之一，是一个不经过配子融合的由体细胞分化发育成植株的发育过程，是研究细胞多能性获得的理想模型。目前体细胞胚胎发生技术广泛应用于种质保存、人工制种、单倍体育种、无性繁殖，以及作为植物生物技术研究领域的平台工具。因此，探究体细胞胚胎发生过程中体细胞多能性获得的精细调控机制至关重要。
该研究证明GhMYC3通过直接结合GhMYB44和GhLBD18启动子中的G-box元件调节其表达，继而维持体细胞胚胎发生过程中细胞多能性状态。此外，GhRCD1与GhMYC3拮抗性相互作用，通过抑制GhMYC3的转录活性调控棉花体细胞胚胎发生的进程。有趣的是，GhRCD1、GhMYC3、GhMYB44和GhLBD18在愈伤组织诱导、愈伤组织增殖和胚性细胞获得过程中呈现出时序表达模式，并且调节体细胞胚胎发生过程中ROS的动态积累，表明 GhRCD1-GhMYC3-GhMYB44-GhLBD18组成的转录级联模块可时序性调节细胞内ROS的积累，继而影响体细胞胚胎发生过程中细胞的命运。
GhRCD1-GhMYC3-GhMYB44-GhLBD18调控体细胞多能性
原文链接： https://doi.org/10.1016/j.tplants.2023.04.011
http://doi.org/10.1111/nph.19120
发布：曲阜师大新闻中心
终审：刘永礼
