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植物雄性的育性对于植物繁殖和人工选择育种至关重要。 在雄蕊发育的后期,花药开裂释放出成熟的花粉粒用于授粉,受精以及形成种子。对于开花植物,花药开裂是植物有性繁殖的的先决条件,并且这一过程受到严格的调控,以确保花药开裂,花粉成熟和雄蕊伸长同步进行,促进花粉—柱头相互作用并在合适的时间完成受精。之前的研究发现,在拟南芥中,茉莉酸(JA)和生长素协调控制雄蕊的晚期发育。JA生物合成或信号传导突变体通常是雄性不育的,因为花药不能正常开裂。研究已表明生长素途径作用于JA途径的上游以协调控制花药开裂和花粉成熟。在水稻缺失突变体(缺失 DIOXYGENASE FOR AUXIN OXIDATION),由于生长素不能被氧化,生长素水平升高,从而导致花药中JA含量降低,最终影响花药的开裂。因此,对于开花植物来说,花粉有丝分裂过程中下调生长素水平对促进花药开裂和花粉成熟是必需的。 然而,在花药中生长素水平的调控机制依然未知。
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2018年6月18日,新加坡国立大学生物系及淡马锡生命科学研究所俞皓研究组在Nature Plants在线发表了题为“OsFTIP7 determines auxin-mediated anther dehiscence in rice”的研究论文,揭示了水稻中生长素介导的控制花药开裂的分子机制。研究结果为创制激素敏感型的雄性不育系提供了新的途径。
在这项研究中,研究人员发现在水稻花粉有丝分裂前OsFTIP7(FT-INTERACTING PROTEIN 7, multiple C2 domain and transmembrane region protein)在花药中高度表达。OsFTIP7促进转录因子OSH1(Oryza sativa homeobox1,class I Knotted1-like homeobox (KNOX) protein)的核定位。进一步研究发现,花药晚期发育过程中OSH1可以直接抑制生长素生物合成基因OsYUCCA4 的表达,由此在花粉有丝分裂过程中下调生长素水平,控制花药开裂的时间,从而在水稻开花过程中及时释放成熟的花粉粒。
Regulation of auxin biosynthesis in anthers by OsFTIP7-mediated nucleocytoplasmic translocation of OSH1.
综上,该研究揭示了水稻中生长素介导的控制花药开裂的分子机制。OsFTIP7功能丧失后,花药不开裂,而花粉活力正常,形成了独特的雄性不育表型,对于随后的育性恢复提供了可能。因此,该研究也为创制激素敏感型的雄性不育系以用于杂交育种提供了新的途径。
据悉,浙江大学生命科学学院毛传藻教授和农业与生物技术学院甘银波教授也参与了该项研究。
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