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發行單位:台大種子研究室


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發行人:郭華仁
執行編輯:吳欣俞
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台灣大學農藝學系種子研究室

 

0189   2013-01-10  第四版     搜尋本網站     全國種苗商名錄

植物種苗電子報

                                                                                          

 

 

控制番茄開花的止花基因(TMF)

 
  花朵不僅吸引人的眼光,更抓住那些傳粉媒介--蜜蜂的目光。為了延續生命,它們必須如此。因為植物必須將傳粉的機會提到最高,以便獲得種子。開花時間的變化對花朵、果實及種子生產會產生重大的影響,最終影響到產量。

  我們知道開花主要的驅動力是外部因素如光照和溫度。然而,美國冷泉港實驗室(CSHL)助理教授Zach Lippman博士及他的夥伴在Nature Genetics期刊網站上所公佈的新研究顯示出了前所未知的第二個開花調控機制。

  Lippman 與CSHL共同作者Cora MacAlister、Soon Ju Park和Ke Jiang研究番茄,顯示若開花時間的調控不見了,會使得開花過程過快,而造成每個枝條僅有一個花朵,而非正常該有的7-10朵;相反地,延緩開花過程可以使得枝條開更多花,代表著會有更多的果實。

  對於番茄這樣的植物的開花時間機制進行解析,可發展出新策略,以期增加重要作物的產量。茄科植物在生殖枝花序上生產的花朵數目的變異相當顯著。番茄的單花突變所長出的花序結構就如辣椒、矮牽牛及煙草這類單花茄科植物者一樣。

開花時間是精確的

  開花過程中,植物形成的生殖枝結構稱之為花序。這些結構來自在植物頂端分生組織中的小小的幹細胞群。植物接受及光或溫度的訊息後,反應處就在於分生組織,此組織將來會長出植物器官如葉或花朵。

  我們所栽培的番茄,有著令人喜愛的光澤、可口的紅色果實,每個枝條會有若干多花花序。單一支條上的每個花序會呈現Z字型,有7-10個花朵。奇怪的是,許多野生種番茄在每個花序中會長出多個分枝,每個分枝會有許多花朵,從而增加植物的生產潛力。極少數的情況下,已馴化的番茄會發生基因突變,生成掃帚狀花序,而且會像野生種一樣,有幾十個分枝。有趣的是,另一類的突變則長出單一、有時看起來異常的花朵。

  Lippman及其他人之前的研究認為,開花時間對於一個花序是否高度分枝是重要的。Lippman及他的研究室成員將涉及番茄開花過程的數千個基因給予定序,結果顯示出有一個「分子時鐘」在決定分生組織所長出的花序是有分枝,或是無分枝。他們新公佈的研究中發現某一個關鍵基因在讓時鐘不要走的太快。

TMF調控開花過渡期的同步化

  Lippman說,必須要在很精確的時間下,植物才可以決定要何時何地由生長出葉片轉為長出花朵。我們知道開花過程受到溫度及日照長度的調控,這只是時間控制的一環。現在我們發現新的時間機制。

  Lippman及他的夥伴,包括在法國Evry 的Unité de Recherche en Génomique Végétale的同事、及以色列Rehovot的Weizmann科學研究所加入研究突變番茄。Lippman說,我們在突變造成傳統番茄的多花花序轉換成單一花朵時,發現一個基因。有趣的是,這會讓番茄模仿其他稱為茄科的同科單花植物,茄科植物包括茄子、煙草、矮牽牛和辣椒。

  雖然在過去幾十年,對於許多植物系統開花過程在的基因調控已有深入的研究,包括模式植物阿拉伯芥,以及水稻與玉米等,但是Lippman團隊發現的基因,稱為TERMINATING FLOWER (TMF,止花基因),在過去並未發現其他基因在植物生長有如此關鍵的地位。


  Lippman解釋,TMF似乎調控著前所未知,且與開花時間有關的途徑。TMF所以導致單花花序突變的原因,是植物在營養生長期時被欺騙,而認為該是時候開花了。營養生長期是葉片仍在生長的階段。

  開花是個緊密調控的過程,當失去TMF的功能,該過程無法同步,且會不協調。因而光及溫度等外部訊息雖然未達至讓植物準備好開花的臨界值,開花的過程卻照樣開始。因此TMF的作用就是過渡到開花期的內部關卡。Lippman說,它的正常功能是延緩開花,慢慢的緩和其過程,因此不會過早開花。
 
  若植物開花過快,葉片或許沒有足夠的能量支持那些花朵及果實。Lippman暗示,有些植物物種充分利用這個機制,以調控每個花序長出更多或更少的花朵。在自然界中一些植物之所以長得更好,也許是因生長的時間更長,卻長出更少的花朵。

  茄科物種如番茄等各種植物包含了所有花序的例子,怪不得Lippman找這個如此的迷人模式植物來進行研究。研究其基因如何調控花朵的生長,就可能操縱像番茄一樣的農業作物以增加產量。論文「止花基因同步化番茄開花過渡期」於2012年11月11日公佈在Nature Genetics的網頁上(doi:10.1038/ng.2465)。作者有Cora A. MacAlister、Soon Ju Park、Ke Jiang、Fabien Marcel、Abdelhafid Bendahmane、Yimon Izkovich、Yuval Eshed及Zachary B. Lippman。

  文中提及的研究由下列機構輔助及贊助:番茄TILLING計畫由歐盟SOL綜合計畫FOOD-CT-2006-016214 to AB所贊助。CMA是生命科學研究基金會的Gordon and Betty Moore分會。該研究由1294-10 from ISF and BARD IS-4249-09 to YE, and a Career Development Award from The International Human Frontier Science Program Organization to ZBL研究贊助。


 

資料來源:http://www.seedquest.com/news.php?type=news&id_article=31320&id_region=&id_category=&id_crop

 

 

 

收穫時要清理種子

  
  在此要呼籲農民確保為穀物收穫作為留種用的,採收過程要保持清潔。根據研究顯示,他們往往會嚴重低估雜草種子的污染。

  一項由澳洲除草劑抗性計畫 (AHRI) 所公佈的研究顯示,橫跨澳洲西部榖物帶的74的農場中顯示,已清理過的作物種子樣本中,有73%某種程度上遭受雜草種子污染。

  AHRI收集了一年生黑麥草樣本,並進行除草劑測試。該項研究由穀物研究與發展中心 (GRDC)贊助。AHRI資深研究員Mechelle Owen說,即使這些種子已經清理過,許多農民仍在無意間帶入相當程度的雜草以及其他作物的種子。

  此外,2010年的結果顯示,許多這些雜草種子族群對於苗後除草劑有一定的抗性,表示農民在無意間將這些具有除草劑抗性的雜草種子直接種入農田中。種植帶有雜草種子的作物種子,即使僅佔少數,對於他們的雜草問題及農場經營還是會有長遠的影響。

  但Owen說,清理過的種子,尤其是由外部承包商進行清理工作的,相對於未清理的種子,雜草污染種子會顯著的減少。未清理過的種子受污染的比例是清理過者25倍。清理的方式對於污染的程度有很大的影響,使用重力選種台(gravity table)是最有效的,其次的方法是長度選種機(rotary screen)及篩網。

  作物類型也會明顯的影響到汙染結果,小麥含有的一年生黑麥草種子數比大麥更多,可能因為在生長季節中大麥長得較雜草更為強勢。在研究中幾乎有四分之一清理過的種子不含有雜草種子,因此農民要在意清理工作。

  除了妥善的清理種子外,在無雜草且衛生良好的農場中更有可能取得非常乾淨的種子。推動農場衛生的系統有如,嚴密的種子清理、減少雜草負擔、作物輪作和消毒耕作,以及農場間的收割設備,將有助於防止新的雜草物種、有害雜草及除草劑抗性進入。收穫雜草管理技術包括燃燒乾草及使用除疵收穫機(chaff carts)都有助於縮小雜草種子庫。AHRI坐落於西澳洲大學(UWA)植物生物學及農業研究學院,是澳洲大型種植業除草劑抗性的領導研究單位。

  種植者可由AHRI網站www.ahri.uwa.edu.au 及GRDC’s Weedlinks網站www.grdc.com.au/weedlinks取得雜草綜合管理及除草劑抗性資訊。

 

資料來源:http://www.seedquest.com/news.php?type=news&id_article=31649&id_region=&id_category=&id_crop=