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调控黄瓜花器官发育基因作用机制获揭示

来源:中国科学报2021-03-03 09:34

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  近日,中国农业大学园艺学院眭晓蕾课题组在《美国国家科学院院刊》在线发表研究论文。该研究发现一个黄瓜半胱氨酸蛋白酶抑制剂相关蛋白CsDFB1,可以调节花分生组织中生长素生物合成和极性运输关键基因的表达,从而调控黄瓜花器官和果实的发育。

  果实是黄瓜的主要经济库器官,花器官(果实)的正常生长发育对黄瓜产量和品质形成极为重要,其内在调控机制一直是黄瓜等葫芦科蔬菜作物研究的焦点内容。植物生长素在花器官起始和发育中发挥了关键作用。但是,黄瓜花分生组织中生长素生物合成和极性运输的调控机制,之前尚无明确报道。

  该课题组前期研究中,针对黄瓜果实发育早期韧皮部组织,通过激光捕获显微切割结合RNA-seq技术,获得了一个未知功能基因Csa7G067350。利用反向遗传学技术,沉默该基因导致黄瓜花瓣、心皮等花器官,及其果实中维管束数量显著增加,并伴随着茎尖生长素的明显积累;而过表达该基因植株茎尖生长素积累减少,不仅降低花器官数量,维管分化发生紊乱,甚或出现器官融合现象而导致果实畸形。据此,将该基因命名为CsDFB1。

  植物半胱氨酸蛋白酶抑制剂已被证明在防御反应中发挥重要作用。该课题组后续研究表明,CsDFB1基因编码一个半胱氨酸蛋白酶抑制剂相关蛋白,但是CsDFB1蛋白可以与HD-ZIP III转录因子CsPHB(PHABULOSA)互作,调控CsPHB对生长素生物合成关键基因CsYUC2 (YUCCA2)的转录激活,及其对生长素外排载体基因CsPIN1 (PIN-FORMED1)的转录抑制,从而影响植株顶端分生组织生长素分布和花器官发育。

  该研究揭示了CsDFB1-CsPHB分子模块通过调节黄瓜局部生长素的分布,从而调控黄瓜的花器官发生和维管分化的作用机制。这一发现为植物分生组织中生长素分布调控植株生长发育的相关机制提供新的认知,也为黄瓜分子育种提供了新基因和新思路。(王方)

  相关论文信息:https://doi.org/10.1073/pnas.2023942118

[ 责编:赵清建 ]
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