梁婉琪研究员研究小组揭示水稻花药发育新机制
发布时间 :2014-05-16  阅读次数 :2655

植物学国际权威期刊《植物细胞》(The Plant Cell)于2014年4月23日在线发表了英国上市公司官网365梁婉琪研究员领衔的研究小组在水稻花药发育研究方面的最新进展《The rice basic helix-loop-helix transcription factor TDR INTERACTING PROTEIN2 is a central switch in early anther development 》。

花粉在植物雄性生殖器官花药中发育成熟,早期花药原基中造孢细胞通过一系列的细胞分裂、分化过程,形成花粉的前体细胞-小孢子母细胞和围绕在外面的三层营养组织。这三层营养组织和最外层表皮对小孢子母细胞起到重要的保护作用,同时为其发育提供必要的物质和营养保障,一旦营养组织和表皮不能正常发育将会影响花粉的形成,最终可能会导致雄性不育系的产生。

梁婉琪带领研究小组分离鉴定到了水稻中一个新的bHLH家族转录因子TIP2,该基因参与控制花药发育早期花药壁内三层细胞的分裂分化行为。TIP2在早期花药营养细胞层中特异表达,tip2突变体花药壁的内三层不能正常分化,后期中层和绒毡层不能正常降解,导致小孢子母细胞发育停滞。在内三层营养细胞层分裂完成后,TIP2通过激活另一个bHLH转录因子TDR,并与TDR形成蛋白复合体促进绒毡层的细胞分化。在小孢子母细胞完成减数分裂后,TIP2促进第三个bHLH转录因子EAT1的基因表达,TDR与EAT1形成新的蛋白复合体调节绒毡层的程序性死亡过程。该项研究揭示了水稻花药中由三个bHLH蛋白TIP2, TDR和EAT1组成的级联调控体系,该体系在水稻花药壁细胞层分化、发育和降解等关键节点中起到转换开关的作用。

花药发育和花粉形成是植物完成世代交替的重要环节,认识植物花药发育的分子机制,对于农业生产中作物杂交育种具有重要意义。该项研究工作进一步丰富了对植物生殖发育机制和调控网络的理解,也为水稻的杂交育种提供了新的基因资源。