現代農業的集約化經營以及農藥等化學試劑的大量使用,致使蜜蜂等多數授粉昆蟲逐漸減少。這些昆蟲給作物授粉,如果它們消失,大部分食物也會消失。油棕(Elaeis guineensis)屬多年生單子葉植物,原來高度依賴于人工授粉和風媒,授粉效果差,產量低。自上世紀80年代,東南亞國家從非洲引種一種授粉昆蟲——象鼻蟲(Elaeidobius kamerunicus)后,提高了生產率,節約了勞動力成本,單株產量提高30-40%,異地引種授粉昆蟲或能為現代農業提供參考。作為一個群體,象鼻蟲因與油棕開花緊密相關而為人所知,它們作為傳粉者的歷史可追溯到距今1350萬-1800萬年前的侏羅紀和白堊紀時代,被認為是最古老的傳粉昆蟲之一,但其與油棕花之間的特異識別和調控機制,卻知之甚少。中國科學院微生物研究所葉健課題組聯合新加坡、印度尼西亞和美國等多個實驗室的科研人員合作研究,揭示了調控油棕合成次生代謝物吸引象鼻蟲授粉行為的分子機制。
研究人員對商業上主要推廣油棕品種厚果殼(Dura)的基因組進行測定,完成高產母本厚殼Dura基因組的高質量的序列測定、多個種質資源的基因組重測序以及進化分析;利用轉錄組分析和轉基因技術研究油棕高產油的雜種優勢的分子機制。結合油棕花的揮發性代謝產物成分和象鼻蟲授粉行為學分析,鑒定一種僅在油棕雄花中合成的苯丙脂類化合物——甲基胡椒酚,具有高效的吸引象鼻蟲進行授粉行為的作用。在前期對油棕基因組進行初步解析的基礎上,利用轉錄組學和生化功能分析,發現甲基胡椒酚合成通路合成酶系的一系列基因,以及調控木質素和苯丙脂類化合物合成的開關基因-EgMYB4。通過將該油棕基因EgMYB4在雙子葉香精精油(Fragrance and Flavor,F&F)作物——羅勒中表達,提高F&F植物合成苯丙脂類化合物能力高達15-20倍。從功能上解析油棕與授粉昆蟲特異識別的重要化合物甲基胡椒酚合成和調控通路,也為利用植物作為生物反應器生產高附加值工業產品,提供了新的思路和重要基因元件。
相關研究成果在線發表在BMC Plant Biology上。研究工作得到植物基因組學國家重點實驗室等的資助。
image.png
image.png
利用轉基因表達油棕基因EgMYB4的羅勒提高產精油15-20倍。
相關新聞