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吴光教授、佘小平教授团队在植物雄性不育分子机理研究上取得重要进展
作者:          发布时间:2019-09-17     阅读:

9月13日,我院吴光教授、佘小平教授团队在国际综合性期刊《Nature Communications》上在线发表题为“EMS1 and BRI1 control separate biological processes via extracellular domain diversity and intracellular conversation”的研究论文,揭示了拟南芥类受体激酶EMS1调控花药绒毡层形成的分子机制。

花粉(雄配子体)介导植物有性生殖以实现世代交替,花药绒毡层细胞为花粉发育所必需,所以绒毡层发育缺陷会导致花粉败育(雄性核不育),而这种雄性核不育亲本是极有价值的育种材料。已有研究认为小孢子母细胞分泌的TPD1蛋白被绒毡层前体细胞膜受体EMS1感知,进而激活胞内信号途径,最终决定绒毡层细胞命运。然而,EMS1信号途径的胞内转导过程目前仍属未知。该研究从类受体激酶结构特征入手,将EMS1、BRI1胞外配体结合区段和胞内激酶功能区段分割并构建EMS1-BRI1和BRI1-EMS1嵌合受体,转基因互补实验表明,EMS1和BRI1的胞内区段可以互相替换并表现各自完全的生物学功能,提示EMS1和BRI1的下游功能可能相似。进一步的异位表达实验证实EMS1-TPD1和BRI1-BR信号可相互部分互补。生化实验证实EMS1-TPD1信号可经去磷酸化激活转录因子BES1,BR信号持续激活突变体bzr1-1Dbes1-D,可有效恢复ems1tpd1serk1serk2突变体表型。基因互补实验表明,来自小立碗藓的PpEMS1PpTPD1基因,表现出与拟南芥该同源基因一致的生物学功能。这些结果证实了EMS1和BRI1通过不同的胞外结构域结合配体,活化保守的胞内结构域,最终激活转录因子BZR1和BES1调控各自不同的生物学过程。阐明了EMS1通过BRI1的下游转录因子调控绒毡层形成的分子机制。并且提示BRI1为代表的BR激素信号可能起源于EMS1-TPD1这一陆生植物保守信号。

该研究不但解决了10多年来EMS1下游信号悬而未决的难题,更建立了基于基因不同区域进化速度不同,借助嵌合基因以已知功能成分获得未知成分功能的新方法。该项研究成果也为作物雄性核不育材料创制及育种实践提供了理论支持和思路。

该论文以我院博士研究生郑博文、白群伟为共同第一作者,吴光教授、佘小平教授为通讯作者,陕西师范大学为论文唯一署名单位。研究工作得到国家自然科学基金、教育部重大项目和中央高校基金项目资助。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-12112-w





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