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      蒺藜苜蓿三出羽狀復(fù)葉的發(fā)育調(diào)控研究取得新進(jìn)展

      發(fā)布時(shí)間:2020-03-20
      來(lái)源:科技外事處

        葉片是植物重要的光合作用器官,為異養(yǎng)生物包括人類在內(nèi)提供氧氣和碳水化合物,也是重要的分類學(xué)指標(biāo)。總體而言,被子植物的葉片可以分為單葉和復(fù)葉。單葉和復(fù)葉均起始于植物頂端分生組織的周緣區(qū),隨后在初級(jí)形態(tài)建成中建立極性、葉柄和小葉原基等,并在此后的次級(jí)形態(tài)建成中進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)胞分裂分化、葉片膨大生長(zhǎng)、形成具有功能的組織結(jié)構(gòu)從而發(fā)育為成熟的葉片。復(fù)葉形態(tài)及發(fā)育過(guò)程各異,目前的復(fù)葉研究主要集中在番茄、碎米芥、豌豆等羽狀復(fù)葉,對(duì)三出復(fù)葉的研究還較少。 

        我們?cè)谝郧暗难芯恐校l(fā)現(xiàn)了蒺藜苜蓿的LEAFY同源基因SINGLE LEAFLET1SGL1,參與蒺藜苜蓿三出羽狀復(fù)葉的側(cè)小葉的起始過(guò)程,另一個(gè)C2H2轉(zhuǎn)錄因子PALMATE-LIKE PENTAFOLIATA1PALM1 通過(guò)抑制SGL1的表達(dá),也參與側(cè)小葉的起始和初級(jí)形態(tài)建成活動(dòng)。但目前對(duì)于蒺藜苜蓿復(fù)葉的次級(jí)形態(tài)建成相關(guān)機(jī)制的認(rèn)識(shí)還不深入。 

        為深入了解復(fù)葉的形態(tài)發(fā)育機(jī)制,版納植物園熱帶植物資源可持續(xù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳江華團(tuán)隊(duì)通過(guò)與福建農(nóng)林大學(xué)海峽聯(lián)合研究院劉仁義教授和河北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院姜川博士等人合作,以三出羽狀復(fù)葉的蒺藜苜蓿為研究材料,在其煙草逆轉(zhuǎn)座子Tnt1插入突變體庫(kù)中進(jìn)行了大規(guī)模遺傳篩選。研究發(fā)現(xiàn)一組命名為lateral leaflet suppression 1lls1)的突變體,呈現(xiàn)出兩個(gè)側(cè)部小葉無(wú)規(guī)律的生長(zhǎng)缺陷,大部分側(cè)小葉發(fā)育畸形或生長(zhǎng)停滯,而頂部小葉發(fā)育則相對(duì)正常。掃描電鏡分析顯示lls1突變體的葉片發(fā)育早期過(guò)程即葉片起始及初級(jí)形態(tài)建成過(guò)程相對(duì)正常,但次級(jí)形態(tài)建成即葉片的膨大、生長(zhǎng)及成熟等過(guò)程出現(xiàn)發(fā)育缺陷。通過(guò)對(duì)突變體回交后代的全基因重測(cè)序,利用自行開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)座子插入位點(diǎn)鑒定算法Identification of Transposon Insertion Sites)定位了LLS1基因。序列比對(duì)及進(jìn)化樹(shù)分析顯示,LLS1編碼生長(zhǎng)素合成通路中一個(gè)重要的黃素單加氧酶MtYUCCA1,是其它物種如擬南芥、玉米、矮牽牛、豌豆中已報(bào)道的YUCCA1的同源蛋白。進(jìn)一步分析顯示,LLS1/MtYUCCA1基因參與生長(zhǎng)素的合成,通過(guò)影響側(cè)小葉的維管組織發(fā)育從而調(diào)節(jié)側(cè)小葉的生長(zhǎng)過(guò)程。通過(guò)在野生型植株上外源施加YUCCA酶的化學(xué)抑制劑yucasin,也重現(xiàn)到了lls1突變體的表型,進(jìn)一步證實(shí)了LLS1在蒺藜苜蓿復(fù)葉發(fā)育中的功能。遺傳雜交的結(jié)果顯示LLS1需要SGL1基因建立側(cè)小葉,隨后作用于側(cè)小葉的次級(jí)形態(tài)建成過(guò)程;而LLS1PALM1可能通過(guò)不同的機(jī)制共同地影響側(cè)小葉發(fā)育。 

        相關(guān)研究結(jié)果以The Lateral Leaflet Suppression 1 (LLS1), encoding the MtYUCCA1 protein, regulates lateral leaflet development in Medicago truncatula為題發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊New Phytologist上。

      LLS1/MtYUCCA1基因調(diào)節(jié)側(cè)小葉發(fā)育

      a-b,野生型復(fù)葉。c-flls1-1突變體的發(fā)育缺陷表型。g-h,野生型頂端的掃描電鏡圖。i-jlls1-1突變體頂端的掃描電鏡圖,顯示其側(cè)小葉發(fā)育停滯。kLLS1的工作模型。

      本文作者:趙寶林

      責(zé)任編輯:張維靜_151c53
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