甘蓝型油菜（Brassica napus L.）是我国第一大油料作物。花序是油菜株型的重要组成部分，合适的花序结构有利于降低株高、减少倒伏、提高种植密度和适应机械化操作，进而提高产量和生产效率。目前，甘蓝型油菜花序的研究较少，控制花序发育的分子机制尚不明晰，制约了油菜理想株型品种的选育进程。环核苷酸门控离子通道20（CNGC20）是一个非特异性的Ca2+内流通道，前人报道该基因参与免疫、细胞死亡、盐胁迫等调控通路，但该基因调控植物株型的生物学功能暂未见报道。
近日，华中农业大学在The Crop Journal在线发表了题为“CNGC20 plays dual roles in regulating plant growth and immunity in Brassica napus”的研究论文，作者通过图位克隆鉴定到1个油菜花序发育基因BnaA01.CNGC20，并证明该基因第四外显子上的1个C→T突变增强了Ca2+内流，并形成有限花序，同时激活了免疫反应。
作者前期从EMS突变体库中筛选到一个花序发育突变体ril（reduced inflorescence length），其表现为花序缩短、株高降低、分枝紧凑及角果密度增加（图1）。观察发现，突变体花序顶端的幼嫩花蕾干枯、死亡，使花序顶端花芽发育提前终止，最终形成有限花序。本研究利用BSA-seq将目标区段初步定位于A01染色体上24.85~33.14 Mb之间共8.29 Mb的物理区间，并通过精细定位将候选区段缩小至33.88 kb（图2）。比较测序发现突变体ril中环核苷酸门控离子通道20（BnaA01.CNGC20）的基因编码区存在1个C→T突变，该突变导致其编码蛋白第三跨膜结构域中第304位脯氨酸被亮氨酸取代（P304L）。转基因结果表明，BnaA01.CNGC20的P304L是导致ril花序表型改变的根本原因（图3）。进一步分析发现该功能获得型突变P304L不影响BnaA01.CNGC20的亚细胞定位、同聚蛋白复合物的形成及与共受体蛋白激酶BnaBAK1s的相互作用，但P304L导致突变体ril叶肉细胞Ca2+内流增加（图4）。同时，Ca2+内流增强还诱导了油菜的免疫激活反应，如细胞死亡、H2O2积累、病原抗性基因表达上调，同时提高了油菜对菌核病和黑胫病的抗病性（图5）。转录组分析发现，BnaA01.CNGC20通过调控下游油菜素内酯和生长素信号通路来调节植物的生长和免疫。该研究结果揭示了细胞质Ca2+水平与植物发育和免疫之间的复杂关系，以及杂合植物（+/ril）中免疫与产量相关性状表现之间的权衡关系，为油菜育种中平衡产量和抗病性提供指导。
作者和基金项目
华中农业大学植物科学技术学院谭莹莹博士为该文第一作者，刘克德教授和关志林博士为共同通信作者。该研究得到国家自然科学基金项目（U22A20477，32201791）和中国博士后科学基金项目(2020M682440和GZB20230825)的资助。该团队长期从事重要农艺性状基因定位、图位克隆和基因组学研究，开发了简化基因组测序、高通量靶向SNP基因型分型等一系列植物分子标记技术，并得到广泛应用。完成了8个油菜品种高质量参考基因组测序组装，定位克隆了控制油菜角果长度和千粒重、含油量与品质性状、株型、花色和开花期等重要农艺性状的多个关键基因，并解析了相关调控机制。近年来，在Nature Plants、New Phytologist、Plant Biotechnology Journal、Plant Journal、Plant Communications等期刊上发表研究论文20余篇。
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