《植物所在植物生殖细胞演化研究方面获进展》

  • 编译者: 季雪婧
  • 发布时间:2024-10-28
  •     有性生殖是生物适应复杂多变环境的重要方式,也是物种延续与生物多样性形成的关键。生殖细胞即雌、雄配子的产生是生物完成有性生殖的前提。长期以来,植物生殖细胞研究聚焦于孢子体世代占优势的种子植物类群,但在以配子体为主世代的苔藓植物中,生殖细胞发生和发育机制研究不足,限制了科学家对陆地植物生殖细胞演化机制和规律的认识。

        中国科学院植物研究所徐波研究组及合作者发现了调控地钱生殖系细胞命运决定的关键因子——GERMLINE?IDENTITY?DETERMINANT(MpGLID)。该基因功能缺失导致无法形成生殖系细胞,但不影响营养生长和生殖结构的分化。MpGLID基因的异位表达,在叶状体中诱导产生具有生殖系细胞特征的细胞团。

        进一步,研究发现,调控地钱生殖器官发育起始的关键因子BONOBO通过直接结合MpGLID启动子区正向调控其表达,介导地钱生殖系细胞身份决定。研究通过对BNB-GLID遗传模块进行演化分析发现,陆地植物最近的共同祖先已演化出介导生殖系细胞身份建立的BNB-GLID调控模块,并在苔藓植物中得到保留。同时,在陆地植物后续的演化过程中,随着单倍体世代被逐渐压缩,这一模块发生精简。也就是说,GLID在配子体世代中的功能丢失,并在孢子体世代中发生功能分化被招募调控绒毡层发育,而BNB在配子体世代中的功能则被保留。

        与当前的普遍认知不同,该研究发现了调控生殖系细胞命运决定的遗传机制在陆地植物中并不保守,并提出了雌雄配子演化的新观点。这为探讨陆地植物生殖细胞演化和花粉起源提供了新见解,并为基因新功能化是植物孢子体世代复杂化的重要方式提供了例证。

        近期,相关研究成果在线发表在《植物细胞》(The Plant Cell)上。研究工作得到国家自然科学基金创新研究群体项目等的支持。

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  • 《植物所在玉米耐热性机制方面取得进展》

    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2024-04-26
    • 玉米是重要的粮食作物。随着全球气候变暖的加剧,极端高温热害等频繁发生,给玉米生产带来严重影响。目前,国内外对于玉米耐热基因的克隆和功能研究相对有限,只有少数几个基因的功能被解析。热激转录因子HSF家族,作为植物热胁迫反应的关键转录因子,在玉米应答高温胁迫中的作用机制仍然未知。为了鉴定玉米核心耐热转录因子,中国科学院植物研究所研究员张梅团队构建了热胁迫转录组图谱。共表达网络分析揭示了HSF和ERF家族显著富集在“热响应”类别的模块中,进一步鉴定到了核心热激转录因子ZmHSF20。为了确定ZmHSF20的功能,研究人员创制了Zmhsf20缺失突变体和过表达株系。与野生型相比,高温胁迫下,ZmHsf20过表达株系对高温更加敏感,而Zmhsf20突变体玉米耐热性增强,这表明ZmHSF20负调控玉米耐热性。 为了进一步探究ZmHSF20调控玉米耐热性的分子机制,研究人员鉴定到ZmHSF20下游基因纤维素合成酶基因ZmCesA2和热激转录因子ZmHsf4,发现ZmHSF20对ZmCesA2和ZmHsf4的表达具有抑制作用,而ZmHSF4和ZmCesA2则具有转录激活表达的调控关系。Zmhsf4突变体对热胁迫更加敏感,过表达ZmCesA2和ZmHsf4则导致耐热性增加。研究进一步通过创建Zmhsf20-1Zmhsf4-1双突突变体,证实在热胁迫反应中ZmHSF4在ZmHSF20下游发挥作用。研究结果表明,Zmhsf20突变体具有更强的耐热性可能是ZmCesA2和ZmHsf4上调表达所致。此外,通过细胞超微结构观察,研究发现Zmhsf20突变体和ZmHSF4过表达株系的细胞壁相对野生型在高温条件下具有更好的稳定性。同时,ZmHSF20通过影响ZmCesA2的表达协同调控了细胞壁合成相关基因ZmPAL1等的转录水平参与细胞壁建成。基于上述研究结果,研究人员提出了以ZmHSF20为核心的玉米高温胁迫响应模型:在Zmhsf20突变体中,ZmHsf4和ZmCesA2的表达相对在野生型中明显提升,ZmHSF4进一步促进ZmCesA2的表达,从而增加玉米的纤维素含量和细胞壁相关基因的表达,影响细胞壁的稳定性,增强玉米的耐热性。该研究阐明了ZmHSF20-ZmHSF4-ZmCesA2协同调控玉米耐热性的机制,揭示了纤维素合成和耐热性之间的关系,为提高玉米耐热性提供了基因资源,为创制耐性品种提供了新途径。
  • 《生殖细胞的需求》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育专项服务
    • 编译者:Zhao
    • 发布时间:2017-05-25
    • 与动物不同的是,植物并不保留生殖细胞。相反,生殖细胞的发育建立在体细胞谱系的需求之上。一些专家研究了小植物拟南芥中体细胞到生殖细胞的转变途径(参见Vielle Calzada的观点)。转录因子WUSCHEL(WUS)在胚珠的早期发育中是需要的。不久之后,通过细胞周期蛋白依赖激酶作用的三种抑制剂可以下调WUS转录抑制因子。这打开了减数分裂的门,同时限制了每个种子繁殖单位的数量。