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孙蒙祥团队揭示植物雌蕊顶端模式建成和功能特化的调控机理
时间:2020-10-07 16:28:30 阅读量:

  2020年10月1日,奥门银河50588com孙蒙祥教授课题组在国际权威期刊《Current Biology》发表了题为“Three STIGMA AND STYLE STYLISTs pattern the fine architectures of apical gynoecium and are critical for male gametophyte-pistil interaction”(三个SSS蛋白构建了雌蕊顶端精细的空间构型并在雌蕊-雄配子体相互作用中起重要作用)的研究论文,揭示了植物雌蕊顶端模式建成和功能特化的调控新机理。

  被子植物的雌蕊起源于心皮融合,其通过细胞类型和组织分布的适应性调整,进化成为适应植物有性生殖的独特结构。雌蕊顶端分化形成花柱和柱头,二者与雄配子体发生相互作用,对于植物育性至关重要。然而,调控雌蕊顶端模式建成和功能特化的分子机理仍不清楚。

  该研究首次报告了一个被子植物特异的新基因家族STIGMA AND STYLE STYLIST(SSS)。通过基因组复制,SSS从无油樟等基部被子植物内的单一拷贝演化成一个多成员基因家族。拟南芥中该家族由SSS1、SSS2和SSS3组成,三者分别在花柱传输组织、柱头和花柱基本组织中优势表达,进而协同控制雌蕊顶端模式建成。SSS以剂量依赖的方式协同作用,通过调节细胞数量与伸长来调控雌蕊顶端的模式建成。花柱是花粉管生长的通道,其所形成的微环境与花粉管发生相互作用,并为花粉管提供必要的滋养。SSS功能缺陷干扰了花粉管在雌蕊顶端的正常生长,表现为花粉管伸长变缓,甚至无法进入花柱。这表明 SSS基因共调控的雌蕊顶端精细的形态结构对于保证雄配子体和雌性组织间的相互作用是十分必要的。因此,该工作揭示了植物雌性生殖器官的细胞数按量控制和其精细的排布形式对于形成与雄配子体相互作用的适宜界面或微环境,以便发挥其特定的功能至关重要。

  进一步实验表明,SSS基因位于NGA调控雌蕊顶端发育信号通路的下游。前人的研究显示NGATHA可与TOPLESS互作,行使转录抑制功能。而该研究中NGA3的下调表达株系(amiR-NGA)和上调表达株系(ANT>>NGA3)内SSS基因的表达均发生相应地下调和上调。这些结果支持NGA3亦可作为激活因子调控SSS基因,提示NGA3在植物发育的不同途径中具有多样化的功能。简言之,NGA-SSS分子调控途径可能是被子植物调控雌蕊顶端分化和花柱精细结构建成的保守机制。

奥门银河50588com李文炜博士和黄小荣博士为本文共同第一作者,孙蒙祥教授和彭雄波副教授为共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金和中国博士后科学基金的支持。

  该工作是近年来孙蒙祥教授团队继在Nat Commun(2篇), Dev Cell, Autophagy等国际重要期刊上发表重要成果之后,发表的又一项重要成果。(原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982220313373)

  2020年3月,Nature Communications在线发表了孙蒙祥教授团队题为“Cell lineage-specific transcriptome analysis for interpreting cell fate specification of proembryos”(细胞系特异的转录组分析解析原胚细胞命运特化机制)的重要成果,揭示了早期胚胎发生过程中细胞命运决定的分子机制(点击查看:Nature Commun.|电竞赛事竞猜平台孙蒙祥教授团队揭示早期胚胎发生过程中细胞命运决定的分子机制)。

  2019年5月,孙蒙祥团队在Developmental Cell 上发表了题为wo-Step Maternal-to-Zygotic Transition with Two-Phase Parental Genome Contributions(母本-合子基因组控制的两步转换与父母亲本贡献的两种状态) 的研究论文,解析了植物卵细胞、受精卵及早期胚胎的表达谱特征。揭示了植物受精卵发育具有两个典型阶段,早期发育调控信息主要来自于卵细胞,而后期合子极性的建立及启动细胞分裂则需要来自于合子中新合成转录(点击查看:Dev. Cell|电竞赛事竞猜平台孙蒙祥研究组揭秘植物早期胚胎发生母本控制转换到合子控制的过程)。

  2019年8月该团队还在Nature Communications发表了题为Maternal control of suspensor program cell death via gibberellin signaling(母体通过赤霉素信号途径调控胚柄细胞程序性死亡),首次揭示了植物细胞程序性死亡的较为完整的信号转导途径。(https://www.nature.com/articles/s41467-019-11476-3.pdf)

  此外,该团队2020年2月还在Autophagy上发表了题为Autophagy-mediated compartmental cytoplasmic deletion is essential for pollen germination and male fertility(自噬介导的细胞质局域性清除是花粉萌发与雄性可育的必要前提)研究的论文。该研究首次揭示自噬在雄配子体发育过程中发挥作用的报道,揭示了花粉萌发过程中一个新的重要环节。(https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15548627.2020.1719722)


图1:SSS基因家族调控雌蕊顶端模式建成

(A)成熟的野生型雌蕊顶端结构。(B)成熟的sss1 sss2 sss3三突变体雌蕊顶端结构。(C)成熟的SSS135Sox过表达株系雌蕊顶端结构。(D)授粉后三天的野生型雌蕊顶端结构。(E)授粉后三天的sss1 sss2 sss3三突变体雌蕊顶端结构。(F)授粉后三天的SSS135Sox过表达株系雌蕊顶端结构。


图2:SSSs是控制雌蕊模式建成的NGA调控网络的新节点

(A)异常的nga1 nga3 双突变体雌蕊顶端结构。(B-D)SSS135Sox, SSS235Sox 和 SSS335Sox 过表达株系可以挽救nga1 nga3的异常雌蕊顶端结构。


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