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研究方向
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控制水稻花药和花粉发育关键基因克隆和功能研究
发表时间:2012-09-19 阅读次数:18888次

       
       植物生殖结构为人类提供了大量的食物来源,雄性不育引起的植物之间的杂交对于生物多样性十分重要,并且杂交授粉可以极大地提高作物产量。开花植物的雄性生殖发育的显著特征是形成包括花药在内的雄蕊,在花药中减数分裂形成的小孢子可以发育为成熟的花粉粒,小孢子和小配子的发生包含了一系列复杂的生理生化过程,包括细胞分裂、分化和凋亡等。但人们对控制作物花药发育和花粉发生的分子机制知之甚少。
Tapetum Degradation Retardation (TDR)是水稻绒毡层发育和降解调控网络中的重要因子,TDR基因编码bHLH(basic Helix-Loop-Helix)类型的转录因子,可以直接控制胱氨酸蛋白酶的OsCP1(Cys Protease;半胱氨酸蛋白酶)的表达,揭示了细胞程序性死亡调节新机制Plant Cell,2006Plant Physiology,2006。另外,TDR可以通过直接控制OsC6等来影响脂类物质从花药绒粘层分配到花粉表面控制花粉外壁的发育,OsC6重组蛋白具有结合脂类分子活性,减低OsC6表达水平后转基因植物花粉育性减低Molecular Plant, 2008Plant Physiology, 2010。另外,为了从进化上了解TDR的功能,我们发现TDR在拟南芥中直系同源基因ABORTED MICROSPORES (AMS)的突变可以影响549个基因的表达,并且AMS可直接与ABC transporter等基因的启动子结合,当其中的一个ABC transporter 基因突变后出现雄性不育的表型,这项工作从系统生物学角度阐明了花药发育的调控网络The Plant Cell,2010】

        CSA(Carbon Starved Anther)基因编码Myb类型转录因子,具有控制光合产物从叶片(源)到花和种子(库)中运输的能力,csa突变体中蔗糖从叶片到花和花药中运输受阻,花药败育;并阐明CSA可从转录水平上控制单糖转移酶等来控制光合产物从叶片(源)到花(库)中的分配The Plant Cell,2010。CYP704B2编码一个P450基因,主要在花药绒毡层和小孢子中特异表达。cyp704b2花药表面角质和花粉外壁孢粉素合成受阻,小孢子败育;进化分析表明该基因广泛分布于苔藓、裸子植物、被子植物等陆生植物中,暗示该基因可能与陆生植物适应陆地缺水环境密切有关;这项工作揭示了花药外表面角质和花粉外壁孢粉素合成的新机制The Plant Cell,2010MADS3是拟南芥ABC模型中C类基因AGAMOUS(AG)同源基因,mads3-4表现出后期花药褐化、活性氧分子(ROS)水平异常升高、ROS平衡被改变、完全雄性不育等表型,这个工作阐明了MADS3可以通过改变ROS稳态来控制水稻花药后期发育的新功能The Plant Cell,2011

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