近日，中國(guó)科學(xué)院植物研究所研究員賀超英團(tuán)隊(duì)揭示了B類(lèi)MADS-box基因調(diào)控心皮發(fā)育的新功能及其機(jī)制。相關(guān)研究成果于6月28日發(fā)表在國(guó)際期刊《實(shí)驗(yàn)植物學(xué)雜志》上。
茄科酸漿屬宿存花萼在受精后隨果實(shí)發(fā)育迅速膨大而包裹漿果，形成“中國(guó)燈籠”這一創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。此前，賀超英團(tuán)隊(duì)分離到一個(gè)毛酸漿“雙層燈籠”突變體doll1，該突變體花瓣萼片化(具雙層花萼)和雄蕊心皮化，這是典型的B功能基因突變結(jié)果，研究證實(shí)doll1的確是由B類(lèi)MADS-box基因PFGLO1(DOLL1)缺失所致，給doll1授野生型花粉后也很難結(jié)實(shí)，這表明心皮功能受到顯著影響，但B類(lèi)MADS-box基因如何調(diào)控心皮發(fā)育功能及其調(diào)控機(jī)制尚不明確。
研究人員在對(duì)DOLL1影響心皮發(fā)育的機(jī)制進(jìn)行解析后發(fā)現(xiàn)，DOLL1在多個(gè)層面上影響心皮的發(fā)育與功能，包括形態(tài)結(jié)構(gòu)、花粉管導(dǎo)向功能、胚珠數(shù)目和胚囊發(fā)育等過(guò)程;研究進(jìn)一步闡明DOLL1異位表達(dá)到心皮，招募心皮特異表達(dá)的YABBY轉(zhuǎn)錄因子基因PFCRC為下游基因是DOLL1實(shí)現(xiàn)其在心皮發(fā)育調(diào)控這一新功能的重要途徑。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，PFCRC也是一個(gè)具多效性的基因。特別地，通過(guò)CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)獲得的毛酸漿PFCRC基因編輯突變體pfcrc，特異地改變了心皮的發(fā)育，即原本由2心皮愈合的子房變成了完全開(kāi)放的具背腹性的片狀結(jié)構(gòu)，且數(shù)目變?yōu)槎鄠€(gè)(11-14)，呈螺旋狀排列，每個(gè)片狀器官基部邊緣處著生0-3個(gè)裸露胚珠。
上述研究結(jié)果為理解B類(lèi)MADS-box基因和PFCRC類(lèi)基因在花發(fā)育中的功能進(jìn)化提供了新證據(jù)，有助于理解基因多效性的形成，并為理解心皮的起源與發(fā)育提供了新思路。
中科院植物所副研究員公丕昌、已畢業(yè)碩士研究生宋春靜和在讀碩士研究生劉洪巖為論文共同第一作者，賀超英為通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金，中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)和中科院青促會(huì)等項(xiàng)目的資助。(田瑞穎)
關(guān)鍵詞： 花發(fā)育 B類(lèi)MADS-box基因 調(diào)控心皮發(fā)育 茄科酸漿
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