PlantCell&Environment|我校国家甘蔗工程技术研究中心邓祖湖团队揭示新旧基因共同参与百年蔗茎与根状茎发育调控机制

百年蔗是甘蔗属（Saccharum.）中的一个地方品种，属于古老的中国种。历史证据表明，福建省松溪县的百年甘蔗种植于清朝雍正四年（1727年），至今已宿根294年，远超过普通甘蔗品种在农业生产中的寿命。当地农民独特的栽培和管理方法，以及百年甘蔗独特的根茎结构，可能是其超长多年生潜力的重要贡献因素。

图1   百年蔗地下茎特征及相关基因表达情况 

近日，Plant Cell & Environment（植物细胞和环境）在线发表了国家甘蔗工程技术研究中心邓祖湖课题组题为“Coexpression Regulation of New and Ancient Genes in the Dynamic Transcriptome Landscape of Stem and Rhizome Development in “Bainianzhe”—An Ancient Chinese Sugarcane Variety Ratooned for Nearly 300 Years”（百年蔗茎与根状茎发育过程中新旧基因的共表达调控及其动态转录组景观）的研究论文。作者对松溪百年蔗的地上茎和地下茎（根状茎）的不同部位进行了激素、生理生化及转录组分析，揭示了百年蔗独特地下茎的发育和调控机制。

图2   百年蔗地下茎发育和耐逆模式

该研究通过对地上茎和地下茎不同部位（基部、中部和顶部）的转录组进行了分析，明确了顶部节段富集了与细胞增殖相关的基因，而基部节段则与衰老和纤维化相关，筛选出了参与地下茎发育的关键转录因子（TFs）并构建了基因调控网络（GRNs）。研究分析了百年蔗基因组中的孤儿基因，并发现孤儿基因在百年蔗，尤其在地下茎中活跃表达，暗示孤儿基因可能与百年蔗独特的地下茎发育有关。此外，作者检测了百年蔗蔗茎中的激素差异，发现植物激素，特别是参与脱落酸（ABA）、赤霉素（GAs）等差异显著，这与转录组分析结果吻合，在生理和分子层面揭示了百年蔗适冷机制。研究结果将加深对甘蔗地下茎萌发和发育的分子机制和耐寒性的理解，同时为甘蔗种群演化和功能基因组学研究提供了宝贵的资源。

福建农林大学农学院2022级博士研究生李佩婷为该论文第一作者，国家甘蔗工程技术研究中心赵新旺副研究员和徐良年副研究员为论文共同通讯作者。国家甘蔗工程技术研究中心邓祖湖研究员，黄潮华实验师和黄国强助理研究员参与了相关工作，农学院在读博士研究生刘家睿，已毕业硕士研究生杨瑞婷等参与了该项研究。本研究受到中央政府指导地方科技发展项目（2021L3009）、广西重大科技专项（AA22117001）、云南省甘蔗遗传改良重点实验室开放项目（2023KFKT003）、国家糖料产业技术体系项目（CARS-17）的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1111/pce.15232

标签：基因  甘蔗  地下茎