研究揭示功能型FRIa基因变异促进蔓菁对青藏高原适应的分子机制
文章导读
你可能从未想过，一种长在青藏高原上的古老蔬菜，竟藏着植物适应极端环境的生死密码。当大多数作物因气候突变减产时，蔓菁却能在高寒地带准时开花结果。我们分析了上百份种质资源后发现，决定它命运的不是抗冻能力，也不是根茎大小，而是一个名为FRIa的基因微小变异。这个变异让蔓菁精准锁定了开花时间——早一步会冻死，晚一步则无法成熟。更惊人的是，这种变异并非随机突变，而是被海拔梯度一步步筛选出的“生存算法”。如果连一棵菜都懂得用基因调控来赌对生长窗口，我们是否低估了自然选择的精密程度？这种机制能否被移植到其他作物上？答案或许正在改写未来农业的底层逻辑。
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开花时间是决定植物繁殖成功及作物产量的关键因素，也是调控植物适应不同环境的重要机制。花期变化对芸薹属蔬菜的育种至关重要，以确保其适应当地气候条件。蔓菁作为起源于地中海地区的芸薹属古老根茎类蔬菜，其驯化过程受到自然选择的显著影响，是少数能适应青藏高原气候的栽培作物之一。关于蔓菁在不同地区（尤其是青藏高原）开花时间适应性进化的潜在分子机制仍知之甚少。
中国科学院西双版纳热带植物园研究人员对来自世界各地的104份地方种质资源的开花时间进行分析。来自不同地理区域的蔓菁开花时间表现出显著差异，这与它们生长地区的海拔和气候温度密切相关。研究进一步分析了蔓菁FRIa和FLC2基因的遗传变异及其对开花时间差异的贡献。研究结果表明，开花时间关键调控基因FRIa变异，在蔓菁开花时间的适应性性状上，特别是维持高海拔蔓菁晚花方面发挥着关键作用。同时，特异性单核苷酸多态性变异对高原FRIa基因的功能强化起作用。
研究结果揭示了蔓菁开花时间沿海拔梯度的适应机制，为阐明FRIa如何促进蔓菁在不同海拔条件下适时开花提供了新见解，也为蔓菁FRIa强功能变异驱动海拔梯度下的开花时间适应性演化提供了分子基础。
相关研究成果以A functional FRIa variant drives turnip adaptation to the Qinghai-Xizang Plateau为题，发表在Molecular Horticulture上。研究工作得到国家自然科学基金项目、第二次青藏高原综合科学考察研究、云南省“云岭学者”培养工程、中国科学院战略性先导科技专项等的支持。
蔓菁群体的表型及FRIa单倍型序列分析
FRIa等位基因变异在开花调控中的功能验证
蔓菁中FRIa变异调控开花时间功能的示意图
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