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鸟会挑食吗?中国迷信家发表麻雀选食差别高粱的分子机制

本网记者 姚媛

2019年9月23日,美国纽约时光11点 (北京时光23点),在 Cell杂志社举办的寰球消息发布会先容了中国迷信家发表麻雀选食差别高粱的分子机制的研讨结果:高粱经由过程Tannin1基因位点差别调控花青素和原花青素(Anthocyanin and PA)分解以及脂肪酸起源的香味挥发物分解,来发生高含量的单宁和低浓度的、有香味的挥发物,进而规避和防备麻雀。相干研究结果在Cell子刊Molecular Plant在线宣布。 

麻雀十分聪慧机灵,有较强的辨认和影象力,警戒性十分高。在作物灌浆期到成熟期,大批麻雀迁飞到农田中啄食籽粒,使籽粒破坏并发霉,同时传布种种病虫害,形成差别程度的增产,有研讨报道鸟害能使高粱增产超越50%以上。在上个世纪七八十年月,欧洲、非洲和美国每年要破费近10亿美金的经费去研讨怎样防治鸟害。

迷信家们经由过程大批田间察看发明,麻雀对差别的高粱种子的啄食是有抉择性的:在571份高粱天然变异群体中,此中濒临46.7%的高粱种子麻雀不喜吃。那么麻雀的“挑食”行动究竟是由什么惹起?剖析这一成绩能否可能为防治农作物鸟害供给一个全新的视角呢?

在之前的个别认识中,高粱的包壳水平越高、穗型越散、有芒、种皮色彩越深、单宁含量越高越抗鸟。但是高粱本身怎样抵御鸟害的分子机制仍不明白。克日,中国迷信院遗传与发育生物学研讨所动物基因组学国度重点试验室谢旗团队与别的三个试验室结合攻关,在Molecular Plant宣布了一篇题为Control of Bird Feeding Behavior by Tannin1 through Modulating the Biosynthesis of Polyphenols and Fatty Acid-Derived Volatiles in Sorghum的研讨论文。经由过程利用宏基因组学、代谢组学、分解生物学及植物行动学等手腕提醒了高粱经由过程Tannin1基因位点差别调控花青素和原花青素(Anthocyanin and PA)分解以及脂肪酸起源的香味挥发物分解的分子机制来剖析麻雀对高粱“挑食”的景象。

谢旗研讨团队起首经由过程对两个差别的天然群体同时停止两年三点两反复鸟吃或不吃的表型考察,经由过程GWAS剖析在两个群体中同时能检测到一个单主效位点Tannin1基因 (图1)。Tannin1是一个把持高粱单宁分解很要害的基因。同时也发明从前揣测的与鸟取食相干性状在包壳、穗型、芒、种皮色彩和单宁含量这五特性状中,只有单宁含量这特性状与高粱“抗鸟”呈明显相干性。

图1. GWAS剖析检测到Tannin1基因是影响高粱抗鸟的单主效位点。(A) 左代表鸟吃的高粱种类表型,右代表鸟不吃的高粱种类表型。(B)和(C) 两个GWAS群体检测到的单主效位点和缩合单宁含量检测到的Tannin1 位点 (D) 是共线的。(E) Tannin1的天然变异范例。

经由过程随机拔取6个高粱抗鸟的种类 (Bird-avoidance, Tannin1)和12个不抗鸟的种类 (Bird-preference, tan1-a/b)对单宁分解机制中的靶标代谢产品停止LC-MS测定发明,黄酮类、黄烷-3-醇、花青素和原花青素在不抗鸟的种类中都呈现了明显的下降。尺度鸟类(麻雀)行动学试验证明其代谢产品花青素和原花青素是影响麻雀食性行动的基本起因。

动物与植物之间存在种种互作关联。植物能开释出一些有香味的挥发物作为勾引剂来吸引蜜蜂等帮助传粉,或许有毒的物资和其前体挥发物作为警惕剂来抵抗天敌的捕食。在农田中,在高粱灌浆期之前很少能看到麻雀,而在高粱灌浆期之后大批麻雀迁飞至农田,这能否象征着灌浆期的高粱籽粒也会披发出有香味的挥发物来吸引麻雀呢?经由过程对高粱灌浆期的籽粒停止GC-MS测定发明有9种有芬芳气息的挥发物在不抗鸟的种类中呈现了明显的积聚,进一步经由过程麻雀行动学试验直接证实了己醛和1-辛烯-3-醇两种挥发物能够作为勾引剂吸引麻雀取食。而这些短链挥发物被证实可能是经由过程Tannin1/Myb/bHLH转录复合体直接调控SbGL2基因的表白来克制脂肪酸分解,终极经由过程LOX道路降解而发生。

图2.Tannin1参加高粱抗鸟的分子机制模子

综上,该研讨提醒了Tannin1经由过程同时参加调控单宁分解以及脂肪酸起源的挥发物分解的分子机制来发生高含量的单宁和低浓度的、有香味的挥发物进而规避和防备麻雀。此研讨既为培养高粱抗鸟新种类供给了主要的基因资本,同时也为应用单宁计划开辟新型绿色农药来防治bet36体育网址鸟害供给了全新的处理方案。

中国迷信院遗传与发育生物学研讨所的博士研讨生谢鹏、史佳阳和副研讨员唐三元为论文的独特第一作者,谢旗研讨员和吴耀荣副研讨员为独特通信作者。同时中国迷信院遗传与发育生物学研讨所的王国栋研讨员,中国迷信院植物所的雷富民研讨员,清华大学的何伟教学课题组也参加了该研讨。该研讨失掉了宁夏自治区科技厅育种专项、国度重点研发打算和中科院重点安排专项的支撑。

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