科学家发现正常绒毡层和花粉发育必需基因

  中国科学院华南植物园分子中心钱乾在研究员侯兴亮的指导下,联合新加坡国家科学院院士俞皓等,研究揭示RGAT1在GA介导的绒毡层和花粉发育过程中的必要性。相关研究近日发表于《新植物学家》。 

  近年来,科学家在赤霉素(GA)信号转导途径的分子机制研究中取得了很大进展。简要来说,GA受体通过识别GA,并通过SCF复合物招募DELLA蛋白进行泛素化,并随后通过26S蛋白酶体降解,从而释放介导GA反应的调节因子。DELLA蛋白是GA信号的传导阻遏物。RGA是DELLA蛋白家族的一个成员。据报道,RGA是控制花药发育的关键调节子,而GA对于花药发育也至关重要。但是,GA‐RGA介导的花药发育中的直接下游基因仍有待鉴定。

  研究人员在研究中通过微阵列分析鉴定到了RGA发育早期的靶基因,并命名为RGA Target 1(RGAT1)。通过检测GA相关突变体以及rga突变体中RGAT1的表达情况,证实GA的确通过DELLA蛋白调节RGAT1的表达。染色质免疫沉淀结果显示,RGA通过直接激活RGAT1发挥作用。组织水平表达结果显示,RGAT1主要在花序、幼苗、心皮底部和角果中表达。在花序中,RGAT1主要在花药阶段8-11期间的绒毡层和小孢子中表达。

  为了探究RGAT1的功能,研究人员使用RNA干扰和人工microRNA干扰技术,获得了该基因的突变体。表型分析显示,突变体导致植株早期产生严重的败育情况。有趣的是,35S启动的过表达植株也产生了相类似的表型。扫描电镜和投射电镜观察显示,RGAT1的功能丧失和过表达植株均能导致绒毡层发育异常,从而产生花粉败育和短角果的表型。在RGAT1敲除和过表达植株中,花粉败育发生在第10阶段。并且,RGAT1功能丧失导致绒毡层细胞过早降解,而RGAT1的过表达则延迟了绒毡层细胞的降解。

  据报道,绒毡层的降解是由于程序性细胞死亡所引起的。TUNEL分析证实,RGAT1参与了的绒毡层程序性细胞死亡,进而影响绒毡层的降解。此外,降低RGAT1的表达可以部分挽救GA缺失的ga1-3突变体中的绒毡层发育缺陷的表型。该研究表明,RGAT1是正常绒毡层和花粉发育所必需的基因。该结果提高了科研人员对GA信号在雄配子体发育过程中下游靶点的认识,为该领域的探究提供了新的思路。

  该研究揭示了RGAT1是RGA下游作用的直接靶点,并且在GA介导的绒毡层和花粉发育中起着至关重要的作用。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1111/nph.17314

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