生殖期結束時，即開花和結果的時期，是植物生命周期的關鍵時刻。然而，仍然需要更好地了解控制這一過程的因素。由西班牙國家研究委員會 (CSIC) 和瓦倫西亞理工大學 (UPV) 聯合中心植物分子和細胞生物學研究所 (IBMCP) 領導的研究小組發現，一種名為 FUL 的基因控制著豌豆等作物的繁殖期持續時間。該基因將被用作延長這一階段的生物技術工具，從而增加豌豆和其他豆類(如鷹嘴豆、扁豆或蠶豆)的果實和種子產量。該工作已發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上。

一年生植物只有一個繁殖季節，開花結果。科學家們正在尋找導致植物停止開花的遺傳因素，以控制其繁殖期的長度。幾年前，IBMCP 的 CSIC 研究教授 Cristina Ferrándiz 領導的小組發現了一個名為 FUL (FRUITFULL) 的基因，它是開花停止的一個非常重要的調節因子。

“最初的研究僅在擬南芥中進行，這是一種沒有農藝意義的實驗室植物，”費蘭迪斯回憶道。 “我們想知道 FUL 的這種功能在其他物種中是否相同，尤其是農作物物種，以及我們是否可以利用這些知識來培育能夠更長時間開花和結果的植物，從而獲得更高的產量，”她總結道。為此，由 IBMCP 的 CSIC 研究員 Francisco Madueño 和其他法國和加拿大科學家領導的團隊研究了 FUL 基因在豌豆(一種營養價值很高的豆類植物)中的作用。

“我們已經發現，導致豌豆中 FUL 基因功能喪失的突變會導致植物開花并結果果的時間更長。這告訴我們，FUL 不僅控制著生殖期的持續時間，而且還控制著生殖期的持續時間。實驗室植物擬南芥，也包括其他物種，包括農作物，”Ferrándiz 解釋道。 “花和果實產量的延長意味著在某些豌豆品種中，FUL 基因的突變可以使種子產量翻倍，無論在溫室還是在田間，其營養特性都與非突變植物相同，”他說。

通過經典方法產生的突變體

該研究的作者發表在最新一期的《國家科學院院刊》上，強調為了獲得所分析的 FUL 基因的突變，他們使用了通過經典方法獲得的突變體庫，而不產生轉基因植物。因此，“獲得新植物品種的方法可以基于今天和本研究中使用的傳統誘變，或基于使用 CRISPR 的基因編輯，這是在不久的將來最有前途和最強大的精準農業工具，”弗朗西斯科·馬杜尼奧.

這些結果的潛在應用是使用 FRUITFULL 基因作為生物技術工具來提高豆科作物的產量。中產豌豆品種的種子產量增加最為顯著。相比之下，在產量已經很高的高產品種中，FUL 基因突變的影響很小，”Ferrándiz 說。

對于 IBMCP 研究人員來說，FRUITFULL 基因可能有利于快速、直接改良豆類品種。它們非常有價值，因為它們具有有趣的特性，例如對病原體或干旱的高抵抗力，但目前由于產量低而未被使用。 “這些品種中的 FUL 基因突變很可能也會使它們高產并可用于農業。考慮到我們在氣候危機背景下面臨的挑戰以及開發能夠更好地抵御氣候危機的品種的需要，這可能非常重要，”他們爭論道。