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西南大学水稻生物学团队在小穗发育调控研究中取得新进展

时间:2019-10-05 12:08 作者:admin

  小穗,禾本科植物花序特有的★-●=•▽结构,是决定产量和品质的重要因素之一。正常水稻一个小穗内小花数目恒定——只包含一个可育小花 (由外稃、内稃,浆片、雄蕊和雌蕊组成)。1937年提出的 “三花小穗”假说认为原始的水稻小穗可能由三个小花构成:小穗基部两个“无用”的颖片器官——护颖可能是两个侧生小花外稃的退化遗迹,而内部的花器官已完全消失。该团队曾经在2017年深度解析了发现两个护颖腋下起始了新的花器官(内稃、浆片、雄蕊和雌蕊),为“三花小穗”假说提供了直接证据 (PNAS,2017)。

  野生型水稻小穗中,G1,LHS1,DL和MFO1对特化侧生器官特征起到了关键性作用:G1调控▼▲副护颖和护颖发育,LHS1及◇=△▲DL调控外稃发育,MFO1调控内稃边缘和浆片发育。而N△▪▲□△SG1直接或间接调控这些基因的表达,从而维持小穗侧生器官的正常发育。在nsg1突变体小穗中,NSG1基因功能的缺失会造成★▽…◇LHS1、DL和MFO1基因在副护颖、护颖、内稃边缘、浆片及雄蕊中的异位表达,同时导致G1基因在护颖和副护颖中的表达下调,最终引起上述•☆■▲侧生器官转变成外稃状的器官。

  但是,想要最终恢复▷•●原始“三▲●…△花小穗”,仍有一些问题需要解决,比如退化的护颖需要恢复成外稃,以便和内◆■稃一起包裹保护内部的花器官或籽粒。本研☆△◆▲■究中,该团队分离鉴定了三个隐性等位突变体nsg1-1,nsg1-2和nsg1-3,其小穗除雌蕊发育正常外,所有的侧生器官 (特别是两个护颖) 出现不同程度的外稃化。通过遗传学、细胞学和分子生物学等手段,深度揭示了NSG1基因□◁编码的C2H2锌指结构转录因子可以通过与水△▪▲□△稻TPR类转录共抑制子结合,进一步募集组蛋白去乙酰化酶HDAC去直接抑制LHS1/OsMADS1(一个水稻外稃及内稃主体特征发育基因) 在护颖等侧生器官中的异位表达,从而维持这些器官的正常发育。该研究一方面阐明了水稻小穗中护颖等颖片类侧生器官区别于◁☆●•○△外稃发育的分子机制,另一方面也为“三花小穗”分子设计育种途径提供了新的基因资源,有助于实现护★△◁◁▽▼颖到外稃的恢复,具有重要意义。

  博士生庄慧为本文第一作◆●△▼●者,硕士▪▲□◁生王红蕾、讲师张婷为共同第一作者,李云峰副教授为▲★-●本文的通讯作者,何光华教授为共同通讯作者。该项研究得到了国家自然科学基金、教育部博士点专项基金、农业部公▪•★益性农业科研专项经费、重庆市项目、中央高校业务费等项目的资助。

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