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PNAS | 两个经典的发育相关基因(GT1/RA3)通过控制

发布时间:2022-01-11 09:01 作者:admin 来源:未知 点击: 字号:

      发育中的变异驱动着生物形态的变异。花发育和进化的一个重要过程是花器官的生长抑制,这种抑制的主要形式存在于草本植物中,大多数同时启动心皮和雄蕊原基,原基的抑制导致了花性别的巨大多样性。这种多样性对于自然种群的基因流动模式以及花卉的产生至关重要,将促进育种中的受控杂交。在玉米的花性别研究中,细胞程序性死亡抑制了所有穗状花序的心皮发育,也抑制了每个穗粒的两个花中的一个的心皮发育。在少数具有特征的心皮抑制基因中,大多数编码基因为激酶并在激素代谢中发挥作用,对发育和防御有多效作用。目前发现了玉米几种典型的雄穗突变体的基因,这些突变体在心皮抑制之外表现出广泛的雄穗雌性化。大多数影响心皮抑制的基因同时影响其他区分穗与穗的性状,如雄蕊发育、苞片(颖片)形态和花序形态。GT1被定义为其在调节腋下分枝中的作用,但GT1突变体在正常的花和花序中具有微弱的心皮抑制表型。
      近日,国际杂志PNAS发表了美国马萨诸塞大学阿默斯特分校生物系Madelaine Bartlett等人联合多家单位发表题为“Recruitment of an ancient branching program to suppress carpel development in maize flowers”研究论文。作者发现两个经典发育基因在控制营养分枝来抑制玉米的心皮发育方面具有重要作用。为了找到心皮抑制的其他调节因子,作者发现了一个GRASSY TILLERS1(GT1,HD-ZIP转录因子)突变体在正常的花和花序中具有弱的心皮抑制表型,对gt1突变体进行增强子筛选,发现了与经典花序决定RAMOSA3 (RA3)基因的遗传互作。利用正向遗传学揭示了gt1和ra3遗传互作和隐藏的多效性,共同调节心皮抑制、分生组织特异性和腋窝分生组织抑制。花发育的解剖显示ra3单突变体有部分的心皮减少,而gt1;ra3双突变体的心皮完全被抑制了(图1)。有趣的是gt1抑制ra3花序分枝,荧光免疫定位显示GT1和RA3蛋白在花发育过程中共定位于心皮核,表达谱发现GT1和RA3调控的基因调控细胞程序死亡,常见基因调控异常在单突变花和双突变花中,以及在gt1下调的花中腋分生组织(图2)。总之,作者发现了玉米心皮抑制基因隐藏的多效性,并展示了一个古老的发育程序如何被重新部署来塑造花的形式。通过单双子叶进化分析,gt1出现在单双子叶分化之前,植物形态进化过程中ra3增强了gt1的营养分支,在单双子叶植物GT1-like基因和海藻糖途径介导的AM生长调控来抑制心皮原基存在保守机制。

1. Rzl-3rzl-4ramosa3 (ra3)的等位基因定位和ra3/gt1遗传互作。 

2. GT1RA3蛋白免疫荧光定位和转录组分析。

原文链接:

https://www.pnas.org/content/119/2/e2115871119

本文来源于微信公众号:植物生物技术Pbj


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