黎家课题组在植物调控花粉发育的研究领域取得重要进展,相关成果在《Nature Communications》期刊发表

日期: 2019-09-14 阅读: 来源:

  花粉在植物的有性生殖过程中被用于携带、保护和传播雄性生殖细胞,其数量和活性与植物包括很多粮食作物的产量密切相关。花粉的形成部位是雄蕊顶端的花药,后者由多层细胞构成,其中绒毡层细胞对花粉的产生和成熟至关重要。绒毡层细胞的形成和分化受到细胞与细胞之间信号网络的严格调控,早在十几年前就发现跨膜受体激酶EMS1对绒毡层细胞的形成起决定作用,后又发现一种分泌型的小肽TPD1是EMS1的配体信号分子,近期的研究又发现受体激酶SERK1和SERK2可以作为EMS1的共受体起作用,这些蛋白的突变体均表现为无绒毡层细胞,从而缺失花粉的表型。EMS1-TPD1-SERK1/2通路的下游调控因子,尤其是下游关键转录因子一直未被发现。
  9月13号,国际著名期刊《Nature Communications》在线发表了兰州大学生命科学学院黎家课题组题为“BES1 is activated by EMS1-TPD1-SERK1/2-mediated signaling to control tapetum development in Arabidopsis thaliana”的研究论文,该研究发现一组长期被认为是植物激素油菜素甾醇(BR)信号途径特有的转录因子,含有6个成员的BES1家族,存在于花药绒毡层细胞中,它们的多重缺失突变体因为绒毡层功能丧失而表现出花粉缺失及雄性不育的表型;BES1和BZR1的功能增强型突变bes1-Dbzr1-1D可以使tpd1ems1serk1/2又重新产生绒毡层并分化出可育性花粉,说明BES1和BZR1位于EMS1-TPD1-SERK1/2信号途径下游;与BR信号途径对BES1的激活类似,TPD1-EMS1信号途径可以促进激活形式BES1在细胞核中的积累。
  上述结果证明了BR信号途径下游转录因子BES1家族成员同时受到EMS1-TPD1-SERK1/2信号途径的调控,从而参与绒毡层细胞的形成和分化。该研究不仅揭示了EMS1-TPD1-SERK1/2信号调控绒毡层形成和发育的分子机制,而且提出了植物生长发育过程中不同信号途径可以共用转录因子来调控不同生物学过程的机制。该项研究成果对未来农作物的传统及分子育种将会产生重要指导意义。
  该论文共同第一作者为黎家实验室博士研究生陈玮玥和博士后吕铭辉,通讯作者为黎家教授,兰州大学为该文的唯一通讯单位,相关工作得到了兰州大学、甘肃省科技厅、教育部和国家自然科学基金委的资助。
  文章链接:www.nature.com/articles/s41467-019-12118-4

1 BES1家族成员是BR信号转导及花药发育信号转导途径共用的转录因子。
A. BES1和BZR1转录因子在花药中表达,EMS1对它们的核定位起重要作用;
B. BES1家族成员多重突变体与已知的花药发育突变体tpd1的绒毡层表型相似,BES1和BZR1的功能增强型突变bes1-Dbzr1-1D可以使tpd1重新产生绒毡层并恢复其雄性育性;
C. BES1能被BR及小肽TPD1信号同时激活;
D. BRI1-BR-BAK1和EMS1-TPD1-SERK1/2两条不同的类受体激酶途径共用BES1家族成员调控不同的发育过程。

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