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泛素化途径参与豆科植物侧生器官大小和叶片运动的调控

时间:2021-02-20  来源:科技外事处  浏览次数:   作者:周绍礼,阳天泉,陈江华     打印  字体: 关闭

  器官大小对于植物适应环境和生存具有十分重要的影响。在农业生产中,植物器官大小是育种过程中重要的考虑因素之一。豆科作物是现代人类社会最重要的植物蛋白和油脂来源,不断增长的人口数量对于蛋白的需求不断增加,给相关育种工作带来了全新的挑战。通过分子设计育种能够更加高效的改良农作物的产量和品质,目前为止对于豆科植物器官大小的分子调控机制还知之甚少 

  植物器官大小主要由细胞数目和大小共同来决定,细胞数目取决于细胞分裂的次数和持续的时间,而细胞大小则取决于细胞伸长。前期的研究主要集中于模式植物拟南芥,研究发现泛素化降解途径在植物器官大小决定过程中发挥着十分重要的功能。F-box蛋白SAP (STERILE APETALA) 通过泛素化降解下游转录因子PPD (PEAPOD),进而促进拟分生组织 (meristemoid) 细胞分裂,最终正向调控侧生器官大小。近期的研究显示:PPD在蒺藜苜蓿中的同源蛋白BS1 (BIG SEEDS1)在器官大小调控方面也发挥着十分重要且保守的功能,其通过抑制初始细胞分裂来负向调控侧生器官大小,那么F-box蛋白SAP在豆科植物中是如何发挥功能的呢? 

  版纳植物园陈江华团队从豆科模式植物蒺藜苜蓿 (Medicago truncatula)的突变体库中分离到侧生器官变小的突变体mini organ1 (mio1),通过全基因组重测序克隆了MIO1基因,发现其编码一个F-box蛋白系统进化分析发现MIO1SAP在蒺藜苜蓿中的同源基因,转基因实验证明MIO1能够恢复拟南芥sap突变体的表型。在蒺藜苜蓿中过表达MIO1基因则导致叶片、花、果荚和种子等侧生器官明显增大。细胞学研究发现MIO1基因主要通过促进初始细胞分裂来正向调控侧生器官大小。蛋白实验证明MIO1可通过与MtASK等结合形成SCF-E3泛素连接酶复合物并降解下游的BS1,进而影响细胞周期调控因子的表达,最终正向调控侧生器官大小。除了调控侧生器官大小之外,MIO1同时也通过调控叶片运动器官叶枕(pulvinus)的发育来影响叶片运动,其调控叶枕器官发育的分子机制仍需进一步的深入研究。 

  相关研究结果以The F-box protein MIO1/SLB1 regulates organ size and leaf movement in Medicago truncatula为题发表于国际植物学的主流学术期刊Journal of Experimental Botany。博士研究生周绍礼和已毕业博士生阳天泉为论文的共同第一作者,陈江华研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院项目以及云南省自然科学基金等项目的支持 

1. mio1突变体表型

2. MIO1通过促进初始细胞分裂来正向调控侧生器官大小

3. MIO1调控叶枕发育和叶片运动

 

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