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新加坡国立大学揭示了水稻花药开裂期间生长素下调机制!

  2018年6月18日,Nature Plants杂志在线发表了来自新加坡国立大学Yu Hao课题组题为“OsFTIP7 determines auxin-mediated anther dehiscence in rice”的研究论文。该论文发现了OsFTIP7基因能够促进转录因子OSH1的核定位。最终导致OSH1在花药晚期发育过程中直接抑制生长素生物合成基因OsYUCCA4的表达,从而控制了水稻开花期花药开裂的时间。该研究揭示了激素控制花药裂开的机制,并为培育激素敏感的雄性不育系用于杂交植物育种提供了新的途径。


    植物雄性育性的控制对于繁殖和选择育种至关重要,它涉及到雄蕊发育的多个步骤,如发育后期的花药开裂。花药开裂通过及时释放花粉粒进行授粉和受精,决定了开花植物有性繁殖的成功与否。该过程在开花植物中受到严格调控,使得花药开放,花粉成熟和雄蕊长丝伸长同步,以促进花粉 - 柱头相互作用并在最佳时间最大化受精。


     植物激素,特别是茉莉酸(JA)和生长素,在协调拟南芥晚期雄蕊发育中起主要作用。 JA生物合成或信号传导缺陷的突变体通常是雄性不育的,因为花药提前开裂,破坏了花粉发育并减少了丝的伸长,表明JA主要在雄蕊发育的最后阶段起作用。有文章报道生长素途径作用于JA途径的上游以协调花药开裂,花粉成熟。在小孢子母细胞减数分裂后和在花粉的第一次有丝分裂的前之间,花药中内源生长素水平达到峰值。值得注意的是,在两个花粉有丝分裂期间,在花药的局部生长素水平降到最小值。这对于促进JA生物合成是必需的,进一步导致拟南芥中雄蕊发育的最后阶段实现花药开裂的适当时机以释放成熟花粉粒。虽然研究表明在花粉有丝分裂过程中下调生长素水平对于促进花药开裂和花粉成熟是必不可少的,但是雄蕊中生长素水平的这种关键转变如何被调节仍然知之甚少。


     该文章报道水稻中一个含有多个C2结构域和跨膜区域的FTINTERACTING PROTEIN 7(OsFTIP7)蛋白在花粉有丝分裂前花药中高度表达,通过结合转录因子OSH1后,并促进OSH1的核定位。最终导致OSH1在花药晚期发育过程中直接抑制生长素生物合成基因OsYUCCA4的表达。这赋予了小孢子母细胞减数分裂与花粉有丝分裂间的生长素水平关键转变,从而控制了水稻开花期花药开裂的时间。该研究结果揭示了激素控制花药裂开的机制,并为培育激素敏感的雄性不育系用于杂交植物育种提供了新的途径。

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