讓豌豆增產的基因FRUITFULL

 

圖片來源：PNAS

如果你種的蔬菜能夠生產更多的果實，那會是多麼美妙的事情。這應該是非常多農夫的夢想！事實上，從一萬多年前人類開始從事農業，如何增產可說是頭號大事。

透過育種、施肥、修剪等方法，也可以讓農作物增產，但是好像增產的程度有限。最近，一群研究人員對豌豆進行了一項非常有趣的研究，發現了一個名為FRUITFULL（FUL）的基因，這個基因在控制豌豆何時停止開花和開始成熟果實方面發揮著關鍵作用。

在過去，科學家們已經知道，在阿拉伯芥這種模式植物中，FUL基因有助於決定植物何時停止開花並開始專注於使果實成熟。基本上，當這個基因失去功能時，阿拉伯芥停止開花的時間會變得更晚，這導致它有更多的時間可以開花。

雖然阿拉伯芥與豌豆是不同的兩種植物，但是植物之間還是有許多相似的地方。科學家們就想：如果豌豆也有類似的基因呢？

結果科學家們在豌豆（Pisum sativum）中發現了兩個FRUITFULL（FUL）基因，PsFULa和PsFULb。接著，他們透過TILLING技術在EMS（乙基甲磺酸鹽）誘變庫中篩選出這兩個基因的突變株，並分析了這些突變對豌豆的影響。 研究團隊發現PsFULa和PsFULb基因突變株表現出延長的開花階段和增加的莢果及種子數量，顯示這些基因在控制豌豆開花終止和種子產量方面發揮著關鍵作用。此外，他們還創建了PsFULa和PsFULb的雙基因突變株，這種雙突變株展現出比單突變株更強烈的性狀，即更多的莢果和種子產量，進一步確認了這兩個基因在豌豆生殖發育中的重要性。

在田間試驗中，豌豆的FUL突變株的產量顯著提高。根據研究數據，FUL基因突變株在不同的田間條件下表現出了增加的莢數和種子產量。與野生種相比，psful突變株的莢果數量增加了30%到77%，種子產量（以每株植物種子重量計）增加了45%到88%。其中，psfula和psfulb雙突變株幾乎是野生品系的兩倍。

這些數據意味著，FUL基因的缺失或功能受損能夠透過延長花期來增加豌豆植物的莢果和種子數量，進而提高整體產量。這種產量提升的潛力對於作物改良和增加糧食生產具有重要意義。然而，值得注意的是，psful突變對產量的影響可能受到栽培條件、品種選擇和遺傳背景等因素的影響。這些研究結果鼓勵進一步在不同的環境條件和基因背景下評估FUL基因突變體的農業潛力。

這項研究不僅顯示了科學家們如何利用基因知識來提高作物產量，還突出了現代生物技術在幫助我們應對全球糧食挑戰中的潛力。透過理解和操縱作物的遺傳資訊，我們有望在不擴大農業耕地的前提下，從現有的土地上獲得更多的食物，這對於糧食安全和永續農業來說至關重要。

參考文獻：

Martínez-Fernández I, Fourquin C, Lindsay D, Berbel A, Balanzà V, Huang S, Dalmais M, LeSignor C, Bendahmane A, Warkentin TD, Madueño F, Ferrándiz C. Analysis of pea mutants reveals the conserved role of FRUITFULL controlling the end of flowering and its potential to boost yield. Proc Natl Acad Sci U S A. 2024 Apr 9;121(15):e2321975121. doi: 10.1073/pnas.2321975121.