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原創(chuàng) 孫旭東 中國科學(xué)院昆明植物研究所

紫花苜蓿（Medicago sativa L.）是全球栽培面積最大的高蛋白飼草，因其良好的營養(yǎng)價值和口感而被譽為“牧草之王”。提高紫花苜蓿產(chǎn)量是最重要育種目標(biāo)之一，增加種植密度以提升單位面積的產(chǎn)量是一種有效的解決方法。然而，高密度種植可能會觸發(fā)植物的避蔭反應(yīng)（Shade Avoidance Response，SAR），導(dǎo)致植株伸長生長和倒伏率增加、分蘗和分枝減少、早期開花和衰老，最終導(dǎo)致產(chǎn)量大幅降低。因此，為了實現(xiàn)單位面積最大產(chǎn)量，創(chuàng)制能夠緩解SAR的理想株型新品種是有效的解決途徑。葉柄角度（Leaf Petiole Angle，LPA）是植株結(jié)構(gòu)的一個關(guān)鍵特性，也是豆科作物遺傳改良的目標(biāo)性狀。在高密度種植下，直立的葉片可以更好地捕獲光線從而提高光合效率和通風(fēng)，最終提高產(chǎn)量，但目前適應(yīng)高密度種植的紫花苜蓿品種仍然非常缺乏。

近日，中國科學(xué)院昆明植物研究所青藏高原植物進化與適應(yīng)專題組利用CRISPR/Cas9技術(shù)靶向敲除了紫花苜蓿的MsCLE3a，獲得5個純合突變體。Mscle3a突變體植株的葉夾角較野生型顯著減小，植株結(jié)構(gòu)緊湊，分枝數(shù)與鮮重顯著增加。冷凍掃描電鏡（Cryo-SEM）結(jié)果顯示，Mscle3a突變體的葉柄遠軸面細胞顯著伸長導(dǎo)致LPA減小。轉(zhuǎn)錄組和qRT-PCR分析進一步揭示Mscle3a突變體中油菜素內(nèi)酯生物合成基因的下調(diào)表達，這可能是調(diào)節(jié)葉夾角機制的基礎(chǔ)。該研究創(chuàng)制了一個LPA減小的紫花苜蓿新種質(zhì)并初步解析了LPA減小的分子機制，為培育適應(yīng)高密度種植紫花苜蓿新品種提供了新的材料，MsCLE3a的同源基因也有望應(yīng)用于其它豆科作物以創(chuàng)制理想株型新品種。

研究成果以CRISPR/Cas9-mediated gene editing of MsCLE3a confers compact alfalfa architecture為題發(fā)表在Plant Science。

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圖1 WT和Mscle3a突變紫花苜蓿的表型

文：孫旭東