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孫蒙祥課題組揭示植物雌蕊頂端的調控新機理
發佈時間:2020-10-07 16:00  作者:  來源:生命科學學院  

新聞網訊(通訊員楊雪101日,生命科學學院孫蒙祥教授課題組在Current Biology(《當代生物學》)發表了最新研究成果,揭示了植物雌蕊頂端模式建成和功能特化的調控新機理。

論文題目為“Three STIGMA AND STYLE STYLISTs pattern the fine architectures of apical gynoecium and are critical for male gametophyte-pistil interaction”(《三個SSS蛋白構建了雌蕊頂端精細的空間構型並在雌蕊-雄配子體相互作用中起重要作用》)。生命科學學院李文煒博士和黃小榮博士為論文共同第一作者,孫蒙祥和彭雄波副教授為共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金和中國博士後科學基金的支持。

被子植物的雌蕊起源於心皮融合,其通過細胞類型和組織分佈的適應性調整,進化成為適應植物有性生殖的獨特結構。雌蕊頂端分化形成花柱和柱頭,二者與雄配子體發生相互作用,對於植物育性至關重要。然而,調控雌蕊頂端模式建成和功能特化的分子機理仍不清楚。

該研究首次報告了一個被子植物特異的新基因家族STIGMA AND STYLE STYLISTSSS)。通過基因組複製,SSS從無油樟等基部被子植物內的單一拷貝演化成一個多成員基因家族。擬南芥中該家族由SSS1SSS2SSS3組成,三者分別在花柱傳輸組織、柱頭和花柱基本組織中優勢表達,進而協同控制雌蕊頂端模式建成。SSS以劑量依賴的方式協同作用,通過調節細胞數量與伸長來調控雌蕊頂端的模式建成。花柱是花粉管生長的通道,其所形成的微環境與花粉管發生相互作用,併為花粉管提供必要的滋養。SSS功能缺陷干擾了花粉管在雌蕊頂端的正常生長,表現為花粉管伸長變緩,甚至無法進入花柱。這表明SSS基因共調控的雌蕊頂端精細的形態結構對於保證雄配子體和雌性組織間的相互作用是十分必要的。因此,該工作揭示了植物雌性生殖器官的細胞數按量控制和其精細的排布形式對於形成與雄配子體相互作用的適宜界面或微環境,以便發揮其特定的功能至關重要。

通過作者的進一步實驗表明,SSS基因位於NGA調控雌蕊頂端發育信號通路的下游。前人的研究顯示NGATHA可與TOPLESS互作,行使轉錄抑制功能。而該研究中NGA3的下調錶達株系(amiR-NGA)和上調錶達株系(ANT>>NGA3)內SSS基因的表達均發生相應地下調和上調。這些結果支持NGA3亦可作為激活因子調控SSS基因,提示NGA3在植物發育的不同途徑中具有多樣化的功能。簡言之,NGA-SSS分子調控途徑可能是被子植物調控雌蕊頂端分化和花柱精細結構建成的保守機制。

據悉,該工作是近年來孫蒙祥課題組繼在國際期刊Nature Communications2篇)、Dev CellAutophagy等發表的又一項重要研究成果。

論文鏈接:

//www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982220313373

(編輯:付曉歌、相茹)


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