研究揭示麻雀选食不同高粱的分子机制

来源: 中国科学院遗传与发育生物学研究所

发布日期: 2019-09-25 17:00:00

中国科学家在Molecular Plant发表研究论文,揭示了麻雀选食不同高粱的分子机制,通过Tannin1基因位点调控花青素和原花青素合成及脂肪酸来源的香味挥发物合成,解析麻雀对高粱的“挑食”现象,为培育高粱抗鸟新品种和开发新型绿色农药提供了解决方案。

9月23日,Cell杂志社举行的全球新闻发布会介绍了中国科学家揭晓麻雀选食不同高粱的分子机制的研究成果。相关研究成果在Cell子刊Molecular Plant在线发表。在作物灌浆期到成熟期,大量麻雀迁飞到农田中啄食籽粒,使籽粒破损并发霉,同时传播各种病虫害,造成不同程度的减产,有研究报道鸟害能使高粱减产超过50%以上。麻雀非常聪明机警,有较强的识别和记忆力,警惕性非常高。

前期研究人员通过大量田间观察发现麻雀对不同的高粱种子有选择性的捕食:在571份高粱自然变异群体中,其中接近46.7%的高粱种子麻雀不喜吃。

近日,中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室谢旗团队与其它三个实验室联合攻关,在Molecular Plant发表了一篇题为Control of Bird Feeding Behavior by Tannin1 through Modulating the Biosynthesis of Polyphenols and Fatty Acid-Derived Volatiles in Sorghum的研究论文。

通过应用宏基因组学、代谢组学、合成生物学及动物行为学等手段揭示了高粱通过Tannin1基因位点差异调控花青素和原花青素(Anthocyanin and PA)合成以及脂肪酸来源的香味挥发物合成的分子机制来解析麻雀对高粱“挑食”的现象。谢旗研究团队首先通过对两个不同的自然群体同时进行两年三点两重复鸟吃或不吃的表型调查,通过GWAS分析在两个群体中同时能检测到一个单主效位点Tannin1基因。

通过随机选取了6个高粱抗鸟的品种和12个不抗鸟的品种对单宁合成机制中的靶标代谢产物进行了LC-MS测定,发现黄酮类、黄烷-3-醇、花青素和原花青素在不抗鸟的品种中都出现了显著的降低。标准鸟类行为学实验证明其代谢产物花青素和原花青素是影响麻雀食性行为的根本原因。

综上,该研究揭示了Tannin1通过同时参与调控单宁合成以及脂肪酸来源的挥发物合成的分子机制来产生高含量的单宁和低浓度的、有香味的挥发物进而躲避和防御麻雀以达到抗鸟的目的。此研究既为培育高粱抗鸟新品种提供了重要的基因资源,同时也为利用单宁设计开发新型绿色农药来防治农业鸟害提供了全新的解决方案。

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