泛素化途徑參與豆科植物側(cè)生器官大小和葉片運(yùn)動(dòng)的調(diào)控
器官大小對(duì)于植物適應(yīng)環(huán)境和生存具有十分重要的影響。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，植物器官大小是育種過(guò)程中重要的考慮因素之一。豆科作物是現(xiàn)代人類社會(huì)最重要的植物蛋白和油脂來(lái)源，不斷增長(zhǎng)的人口數(shù)量對(duì)于蛋白的需求不斷增加，給相關(guān)育種工作帶來(lái)了全新的挑戰(zhàn)。通過(guò)分子設(shè)計(jì)育種能夠更加高效的改良農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，目前為止對(duì)于豆科植物器官大小的分子調(diào)控機(jī)制還知之甚少。
植物器官大小主要由細(xì)胞數(shù)目和大小共同來(lái)決定，細(xì)胞數(shù)目取決于細(xì)胞分裂的次數(shù)和持續(xù)的時(shí)間，而細(xì)胞大小則取決于細(xì)胞伸長(zhǎng)。前期的研究主要集中于模式植物擬南芥，研究發(fā)現(xiàn)泛素化降解途徑在植物器官大小決定過(guò)程中發(fā)揮著十分重要的功能。F-box蛋白SAP (STERILE APETALA) 通過(guò)泛素化降解下游轉(zhuǎn)錄因子PPD (PEAPOD)，進(jìn)而促進(jìn)擬分生組織 (meristemoid) 細(xì)胞分裂，最終正向調(diào)控側(cè)生器官大小。近期的研究顯示：PPD在蒺藜苜蓿中的同源蛋白BS1 (BIG SEEDS1)在器官大小調(diào)控方面也發(fā)揮著十分重要且保守的功能，其通過(guò)抑制初始細(xì)胞分裂來(lái)負(fù)向調(diào)控側(cè)生器官大小，那么F-box蛋白SAP在豆科植物中是如何發(fā)揮功能的呢？
版納植物園陳江華團(tuán)隊(duì)從豆科模式植物蒺藜苜蓿 (Medicago truncatula）的突變體庫(kù)中分離到側(cè)生器官變小的突變體mini organ1 (mio1)，通過(guò)全基因組重測(cè)序克隆了MIO1基因，發(fā)現(xiàn)其編碼一個(gè)F-box蛋白。系統(tǒng)進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)MIO1為SAP在蒺藜苜蓿中的同源基因，轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)證明MIO1能夠恢復(fù)擬南芥sap突變體的表型。在蒺藜苜蓿中過(guò)表達(dá)MIO1基因則導(dǎo)致葉片、花、果莢和種子等側(cè)生器官明顯增大。細(xì)胞學(xué)研究發(fā)現(xiàn)MIO1基因主要通過(guò)促進(jìn)初始細(xì)胞分裂來(lái)正向調(diào)控側(cè)生器官大小。蛋白實(shí)驗(yàn)證明MIO1可通過(guò)與MtASK等結(jié)合形成SCF-E3泛素連接酶復(fù)合物并降解下游的BS1，進(jìn)而影響細(xì)胞周期調(diào)控因子的表達(dá)，最終正向調(diào)控側(cè)生器官大小。除了調(diào)控側(cè)生器官大小之外，MIO1同時(shí)也通過(guò)調(diào)控葉片運(yùn)動(dòng)器官葉枕（pulvinus）的發(fā)育來(lái)影響葉片運(yùn)動(dòng)，其調(diào)控葉枕器官發(fā)育的分子機(jī)制仍需進(jìn)一步的深入研究。
相關(guān)研究結(jié)果以The F-box proteinMIO1/SLB1 regulates organ size and leaf movement inMedicago truncatula為題發(fā)表于國(guó)際植物學(xué)的主流學(xué)術(shù)期刊Journal of Experimental Botany。博士研究生周紹禮和已畢業(yè)博士生陽(yáng)天泉為論文的共同第一作者，陳江華研究員為通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院項(xiàng)目以及云南省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
圖1. mio1突變體表型
圖2. MIO1通過(guò)促進(jìn)初始細(xì)胞分裂來(lái)正向調(diào)控側(cè)生器官大小
圖3. MIO1調(diào)控葉枕發(fā)育和葉片運(yùn)動(dòng)
滇ICP備13004273號(hào) 滇公網(wǎng)安備53282302000011號(hào)
今日頭條
官方微博
微信公眾號(hào)
官方抖音號(hào)