随着植物研究的不断深入以及现代生物技术的不断发展，越来越多参与植物生长发育的关键基因被挖掘出来，那么如何利用这些调控植物生长的关键基因和现代技术从而达到人工定制作物的目的？2021年7月14日，国外学者发表在PBJ上的题为“Restructuring plant types for developing tailor-made crops” 上的综述对这一问题进行了分析和解答。
该文作者结合目前已有的研究对调控植物生长的关键调控模块进行了总结（图1）。在植物中，CLAVATA-WUSCHEL 调控模块中的CLV3 和 WUS 通过反馈调节从而维持茎尖分生组织 (SAM) 中的细胞的分生活性，从而决定了分生组织的命运。GA信号路径中GID1-DELLA调控模块中GA-GID1 复合物降解 DELLA 和 NGR5，从而调节植物高度和分枝/分蘖数。而LAZY1-TAC1 模块可以感知向地和向光的刺激来确定植物的分枝/分蘖角度，在这个模块中LAZ1调控产生较小的分枝角度而TAC1则调控产生较大的分枝角度。而在植物开花调控中TFL1-FT模块起到了关键作用，促进开花的成花素FT在植物叶片中合成后转运至茎尖与抑制开花的TFL1蛋白竞争性结合FD蛋白从而调控下游开花基因LFY等的表达来调控植物开花。
图 1
除此之外，作者以四个主要作物包括两个单子叶植物水稻和玉米和两个双子叶植物豌豆和番茄为对象，总结了上述调控模块在这些作物中所包含的基因和其在这些作物中所参与调控的性状（图2）。
在水稻中CLV-WUS模块调控了水稻的花器官数量和分蘖数，GID1-DELLA模块调控了其植株高度和分蘖数，而FT-TFL1和LAZY1-TAC1模块则分别调控了其开花时间与适应性以及分蘖角度。同样的，在同为单子叶植物的玉米中其各个调控模块作用与水稻也基本一致。而这些调控模块对于双子叶植物来说，其调控的性状与单子叶植物也大同小异。例如在豌豆和番茄中GID1-GELLA模块也都调控了株高，而FT-TFL1模块同样也都调控了花期。由此可见这些调控模块在不同植物的功能具有一定的保守性，而挖掘这些调控模块中关键基因的变异对于将来育种具有十分重要意义。
图 2
综上，作者提出了将来如何利用现代技术来达到人工定制符合需求的作物途径以及方法（图3）。首先可以通过高通量基因分型和精确的表型分析评估种质中关键等位基因变异影响性状潜力，鉴定调节植物生长发育关键调节基因的等位基因变异，从而开发种质等位基因库。进一步通过种质等位基因库结合现代技术用于各种作物的遗传改良，例如基因组学辅助育种、基因组选择和基因组编辑育种等从而来人工定制适应不同环境的作物。
图 3
来源：植物科学最前沿
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