生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院林文慧研究組發(fā)現(xiàn)激素互作調(diào)控胚珠發(fā)生和種子數(shù)量的新機(jī)制
種子是高等植物的生殖器官，種子數(shù)量對植物繁衍后代和農(nóng)作物產(chǎn)量至關(guān)重要。胚珠（種子前體）發(fā)生和發(fā)育、配子體發(fā)生和發(fā)育、雌雄互作、合子發(fā)育等過程都會(huì)影響最終種子數(shù)。其中胚珠發(fā)生決定了胚珠數(shù)的最大可能性，并在很大程度上影響種子數(shù)；同時(shí)胚珠發(fā)生是細(xì)胞命運(yùn)決定和器官發(fā)生的過程，因此研究胚珠發(fā)生的調(diào)控機(jī)制具有重要科學(xué)意義和潛在應(yīng)用價(jià)值。擬南芥油菜素甾醇（BR）和細(xì)胞分裂素（CK）的信號(hào)增強(qiáng)突變體是已知最明確提高單果實(shí)種子數(shù)（角粒數(shù)）的材料，但其調(diào)控機(jī)制還不清楚；并且BR和CK互作機(jī)制和信號(hào)網(wǎng)絡(luò)也有待進(jìn)一步探究。
JIPB近日在線發(fā)表了上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院林文慧研究組題為“Interaction of brassinosteroid and cytokinin promotes ovule initiation and increases seed number per silique in Arabidopsis”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)BR和CK信號(hào)通過重要轉(zhuǎn)錄因子BZR1和ARR1的直接互作更有效的促進(jìn)胚珠發(fā)生并更大程度提高胚珠和種子數(shù)量。生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士后祖嵩皓和博士生姜雨彤為本論文的共同第一作者，林文慧研究員為通訊作者。
圖1. BR和CK信號(hào)互作促進(jìn)擬南芥胚珠起始并提高種子數(shù)量
已報(bào)道種子數(shù)降低的突變體很多，而種子數(shù)增加的突變體極少。只有促進(jìn)胚珠起始才有可能增加胚珠數(shù)和角粒數(shù)。本研究發(fā)現(xiàn)BR和CK信號(hào)分別增強(qiáng)都產(chǎn)生更多胚珠和種子，二者同時(shí)增強(qiáng)比分別增強(qiáng)效果更顯著；BR 和 CK 在植物體內(nèi)可以增強(qiáng)對方的信號(hào)響應(yīng)；暗示BR和CK在胚珠起始過程中調(diào)控方向相同，并有一定的協(xié)同作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)BR與 CK信號(hào)重要轉(zhuǎn)錄因子 BZR1與ARR1 共定位并直接互作；BR信號(hào)增強(qiáng)促進(jìn)二者互作；增強(qiáng)BZR1活性可加強(qiáng)ARR1對“促胚珠發(fā)生基因”的轉(zhuǎn)錄激活作用，更有效促進(jìn)胚珠起始。遺傳實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)CK信號(hào)部分挽救BR缺失/不敏感突變體角粒數(shù)降低的表型，而增強(qiáng)BR信號(hào)不能挽救 CK 缺失突變體角粒數(shù)降低的表型，表明BR部分通過CK介導(dǎo)的途徑調(diào)控胚珠發(fā)生，也暗示BR還通過其他途徑調(diào)控胚珠發(fā)生（之前本研究組已發(fā)表的工作表明BR還通過增強(qiáng)生長素響應(yīng)促進(jìn)胚珠發(fā)生，Yu et al., Development, 2021）。綜上，本研究證明BR和CK互作促進(jìn)胚珠發(fā)生并增加種子數(shù)，為提高與擬南芥相近的十字花科和豆科作物的種子數(shù)量提供了線索。
林文慧研究組近年來在胚珠發(fā)生和種子數(shù)量調(diào)控研究中取得了系列進(jìn)展（Huang?et., 2013；Jiang et al., 2013a, 2013b; Zhang et al., 2016; Li et al., 2018; Zhang?et?al., 2018; Zu?et?al., 2019; Jiang et al., 2020; Yu et al., 2021），重點(diǎn)揭示了激素信號(hào)調(diào)控胚珠起始和胚胎發(fā)育進(jìn)而影響種子數(shù)量的分子和細(xì)胞機(jī)制。該研究得到了國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
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全文鏈接：https://doi.org/10.1111/jipb.13197
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