生命科学技术学院林文慧研究组发现激素互作调控胚珠发生和种子数量的新机制
发布时间 :2021-12-13  阅读次数 :676

种子是高等植物的生殖器官,种子数量对植物繁衍后代和农作物产量至关重要。胚珠(种子前体)发生和发育、配子体发生和发育、雌雄互作、合子发育等过程都会影响最终种子数。其中胚珠发生决定了胚珠数的最大可能性,并在很大程度上影响种子数;同时胚珠发生是细胞命运决定和器官发生的过程,因此研究胚珠发生的调控机制具有重要科学意义和潜在应用价值。拟南芥油菜素甾醇(BR)和细胞分裂素(CK)的信号增强突变体是已知最明确提高单果实种子数(角粒数)的材料,但其调控机制还不清楚;并且BR和CK互作机制和信号网络也有待进一步探究。

JIPB近日在线发表了上海交通大学生命科学技术学院林文慧研究组题为“Interaction of brassinosteroid and cytokinin promotes ovule initiation and increases seed number per silique in Arabidopsis”的研究论文。该研究发现BR和CK信号通过重要转录因子BZR1和ARR1的直接互作更有效的促进胚珠发生并更大程度提高胚珠和种子数量。生命科学技术学院博士后祖嵩皓和博士生姜雨彤为本论文的共同第一作者,林文慧研究员为通讯作者。

图1. BR和CK信号互作促进拟南芥胚珠起始并提高种子数量

已报道种子数降低的突变体很多,而种子数增加的突变体极少。只有促进胚珠起始才有可能增加胚珠数和角粒数。本研究发现BR和CK信号分别增强都产生更多胚珠和种子,二者同时增强比分别增强效果更显著;BR 和 CK 在植物体内可以增强对方的信号响应;暗示BR和CK在胚珠起始过程中调控方向相同,并有一定的协同作用。进一步研究发现BR与 CK信号重要转录因子 BZR1与ARR1 共定位并直接互作;BR信号增强促进二者互作;增强BZR1活性可加强ARR1对“促胚珠发生基因”的转录激活作用,更有效促进胚珠起始。遗传实验发现增强CK信号部分挽救BR缺失/不敏感突变体角粒数降低的表型,而增强BR信号不能挽救 CK 缺失突变体角粒数降低的表型,表明BR部分通过CK介导的途径调控胚珠发生,也暗示BR还通过其他途径调控胚珠发生(之前本研究组已发表的工作表明BR还通过增强生长素响应促进胚珠发生,Yu et al., Development, 2021)。综上,本研究证明BR和CK互作促进胚珠发生并增加种子数,为提高与拟南芥相近的十字花科和豆科作物的种子数量提供了线索。

林文慧研究组近年来在胚珠发生和种子数量调控研究中取得了系列进展(Huang et., 2013;Jiang et al., 2013a, 2013b; Zhang et al., 2016; Li et al., 2018; Zhang et al., 2018; Zu et al., 2019; Jiang et al., 2020; Yu et al., 2021),重点揭示了激素信号调控胚珠起始和胚胎发育进而影响种子数量的分子和细胞机制。该研究得到了国家自然科学基金等项目资助。

 

全文链接:https://doi.org/10.1111/jipb.13197