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    農學院赫圣博團隊與劉向東團隊合作揭示MOF1調控不同倍性水稻花藥絨氈層發育的分子機理

    來源單位及審核人:農學院 林軒東編輯:李彥華審核發布:曾子焉 發布時間:2024-03-26瀏覽次數:12

      近日,我校農學院赫圣博團隊與劉向東團隊合作在國際知名期刊Plant Physiology發表題為“MORE FLORET1 controls anther development by negatively regulating key tapetal genes in both diploid and tetraploid rice”的研究論文,闡明了轉錄因子MOF1的精準表達對絨氈層發育至關重要,并揭示了MOF1調控絨氈層發育和花粉育性的分子機理,為開發不同倍性水稻(包括二倍體和四倍體水稻)雄性不育系提供理論參考和基因資源。

      花粉發育是植物生殖過程的重要組成部分之一,其正常與否直接影響育性和最終的產量?;ǚ郯l育包括藥壁和花粉母細胞的形成與發育。藥壁由表皮、藥室內壁、中層和絨氈層四層細胞組成,其中絨氈層發育對花粉育性至關重要且受到嚴格的遺傳控制,基因突變或異常表達往往造成其發育異常,導致雄性不育。

      在前期研究中,該團隊鑒定到一個MYB轉錄因子MOF1,該基因的突變會引起新型四倍體水稻雄性的不育。研究發現MOF1在花藥中的表達峰值出現在S7時期,而后表達逐步降低直至S10時期的極低水平。然而,MOF1的動態表達是否參與不同倍性水稻花粉發育的調控及MOF1調控花粉發育的分子機理尚不清楚。

      本研究中,作者仔細驗證并研究了二倍體和四倍體水稻中MOF1突變引起的雄性不育現象。MOF1突變導致花藥絨氈層和中層延遲降解,以及異?;ǚ郾谛纬?。利用EAT1啟動子,使MOF1特異的在花藥發育后期的絨氈層中延遲表達,結果導致絨氈層發育異常和嚴重的花粉敗育,表明精確控制MOF1的表達對雄性育性至關重要。另外,發現五個關鍵的絨氈層基因(CYP703A3、OsABCG26、PTC1、PKS2和OsABCG15)表現出與MOF1互補的表達模式,并在mof1突變體花藥中上調表達。異位表達的MOF1株系中,PKS2的轉錄受到明顯抑制。PKS2編碼一個花粉外壁形成所需的關鍵酶--聚酮合酶,對育性至關重要(Zhu et al., 2017; Zou et al., 2018)。作者進一步利用DAP-seq、EMSA和熒光素酶報告系統證實MOF1直接結合PKS2啟動子的Motif2,并抑制其轉錄。

      綜上所述,本文發現MOF1編碼一個轉錄抑制因子,在花藥發育早期阻止絨氈層關鍵基因的提前表達,而在花藥發育后期其表達量下降,釋放PKS2等關鍵絨氈層基因的表達,以確?;ㄋ幷0l育。MOF1的這種精確表達模式對絨氈層的正常發育至關重要,通過精準操縱MOF1的表達可特異造成雄性不育,且不影響其它性狀,這種作用機理在不同倍性水稻中的表現基本一致,可為創制水稻新不育系提供技術參考,特別是為多倍體水稻雜種優勢利用提供新的基因資源。

      農學院劉向東教授與赫圣博教授團隊的張靜懿副教授為論文共同通訊作者,博士后陸紫君為論文第一作者,赫圣博教授和吳錦文助理研究員等參與合作研究。該研究得到了國家重點研發計劃、中國博士后科學基金、嶺南現代農業科學與技術廣東省實驗室項目、廣東省雙一流學科建設項目、廣東省珠江人才青年拔尖人才計劃的支持。

      相關論文信息:https://doi.org/10.1093/plphys/kiae145


    文圖/農學院 張靜懿

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