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禾本科作物芒遗传研究进展
植物学报
2020, 55 (5):
613-622.
DOI: 10.11983/CBB19236
芒是许多禾本科作物穗部的重要结构, 不仅可以作为区分不同品种以及基因定位的重要形态标记, 而且在禾谷类作物的种子传播、籽粒灌浆、蒸腾作用及产量形成等方面起重要作用。该文综述了小麦(Triticum aestivum)、大麦(Hordeum vulgare)和水稻(Oryza sativa)芒的结构、功能与遗传调控机制研究进展, 以期为芒性状遗传机理的进一步研究及其在育种中的应用提供参考。
表3
大麦中已定位的控制芒功能的基因
正文中引用本图/表的段落
芒是禾谷类作物一种重要的驯化性状, 其表面的倒刺可以附着在动物皮毛上, 借助动物的运动进行传播(Sorensen, 1986)。禾谷类作物的种子从母穗上脱落时, 每个种子播散单元中2个明显的芒可以起到保持平衡的作用, 使得成熟种子的胚端先着地, 促进种子萌发。研究表明, 种子上2个芒的张合角度可以随日夜交替中空气湿度的变化而变化, 这一吸湿特性可以促进种子下扎进入土壤, 而芒表面斜生的倒刺可固定在土壤中, 阻止种子向上移动(图3), 显示芒在促进种子繁殖上起到“自我掩埋”作用(Elbaum et al., 2007)。同时, 芒表面坚硬的硅质毛可阻碍害虫和鸟类飞落, 减少害虫在穗上产卵的机会, 有利于预防鸟害和虫害。尖锐的芒还可阻止动物摄食, 起到保护种子的作用(Grundbacher, 1963)。此外, 芒的有无及形状可作为区分不同品种及基因定位的重要形态学标记(Watkins and Ellerton, 1940; Cuthbert et al., 2008; Qureshi et al., 2017)。
大麦也是研究芒性状遗传及作用的重要模式作物。野生型大麦多为具芒表型, 突变体主要表现为芒表型的变化或发育缺陷, 目前研究较多的基因为HvKNOX3、Lks2、SuK和ROUGH AWN1等(表3) (Müller et al., 1995, 2000; Santi et al., 2003; Roig et al., 2004; Yuo et al., 2012; Milner et al., 2019)。
SuK位点位于5H (SuKD)和7H (SuKB、SuKC、SuKE和SuKF)染色体上。与野生型大麦相比, 具有隐性突变的SuK植株和显性突变的HvKNOX3植株芒更短且不存在“帽子”表型。一般认为SuK无表型, 仅有抑制HvKNOX3的作用(Roig et al., 2004)。大麦ROUGH AWN1基因位于5H染色体, 控制芒表面倒钩性状, 其候选基因(HORVU5Hr1G086520)与水稻LABA1基因同源(Milner et al., 2019)。
本文的其它图/表
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