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爱游戏开放平台赫圣博团队与刘向东团队合作揭示MOF1调控不同倍性水稻花药绒毡层发育的分子机理

发布者:(中国)科技公司发布时间:2024-03-27浏览次数:10

近日,爱游戏开放平台赫圣博团队与刘向东团队合作在国际知名期刊Plant Physiology发表题为“MORE FLORET1 controls anther development by negatively regulating key tapetal genes in both diploid and tetraploid rice”的研究论文,阐明了转录因子MOF1的精准表达对绒毡层发育至关重要,并揭示了MOF1调控绒毡层发育和花粉育性的分子机理,为开发不同倍性水稻(包括二倍体和四倍体水稻)雄性不育系提供理论参考和基因资源。

花粉发育是植物生殖过程的重要组成部分之一,其正常与否直接影响育性和最终的产量。花粉发育包括药壁和花粉母细胞的形成与发育。药壁由表皮、药室内壁、中层和绒毡层四层细胞组成,其中绒毡层发育对花粉育性至关重要且受到严格的遗传控制,基因突变或异常表达往往造成其发育异常,导致雄性不育。

在前期研究中,该团队鉴定到一个MYB转录因子MOF1,该基因的突变会引起新型四倍体水稻雄性的不育。研究发现MOF1在花药中的表达峰值出现在S7时期,而后表达逐步降低直至S10时期的极低水平。然而,MOF1的动态表达是否参与不同倍性水稻花粉发育的调控及MOF1调控花粉发育的分子机理尚不清楚。

本研究中,作者仔细验证并研究了二倍体和四倍体水稻中MOF1突变引起的雄性不育现象。MOF1突变导致花药绒毡层和中层延迟降解,以及异常花粉壁形成。利用EAT1启动子,使MOF1特异的在花药发育后期的绒毡层中延迟表达,结果导致绒毡层发育异常和严重的花粉败育,表明精确控制MOF1的表达对雄性育性至关重要。另外,发现五个关键的绒毡层基因(CYP703A3OsABCG26PTC1PKS2OsABCG15)表现出与MOF1互补的表达模式,并在mof1突变体花药中上调表达。异位表达的MOF1株系中,PKS2的转录受到明显抑制。PKS2编码一个花粉外壁形成所需的关键酶--聚酮合酶,对育性至关重要(Zhu et al., 2017; Zou et al., 2018)。作者进一步利用DAP-seqEMSA和荧光素酶报告系统证实MOF1直接结合PKS2启动子的Motif2,并抑制其转录。

综上所述,本文发现MOF1编码一个转录抑制因子,在花药发育早期阻止绒毡层关键基因的提前表达,而在花药发育后期其表达量下降,释放PKS2等关键绒毡层基因的表达,以确保花药正常发育。MOF1的这种精确表达模式对绒毡层的正常发育至关重要,通过精准操纵MOF1的表达可特异造成雄性不育,且不影响其它性状,这种作用机理在不同倍性水稻中的表现基本一致,可为创制水稻新不育系提供技术参考,特别是为多倍体水稻杂种优势利用提供新的基因资源。

刘向东教授与赫圣博教授团队的张静懿副教授为论文共同通讯作者,博士后陆紫君为论文第一作者,赫圣博教授和吴锦文助理研究员等参与合作研究。该研究得到了国家重点研发计划、中国博士后科学基金、岭南现代农业科学与技术广东省实验室项目、广东省双一流学科建设项目、广东省珠江人才青年拔尖人才计划的支持。

相关论文信息:https://doi.org/10.1093/plphys/kiae145


文图/张静懿

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