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豆科植物运动器官叶枕的多维基因调控网络研究

时间:2022-04-28  来源:科技外事处  浏览次数:   作者:白权子,陈江华     打印  字体: 关闭

  植物为更高效的适应环境进化出了多种运动形式。豆科植物叶片或叶柄基部的叶枕介导叶片运动,其生理基础是叶枕细胞通过调控运动细胞渗透压,导致叶枕两侧运动细胞体积的不对称的改变,从而引起叶片运动。 

  近半个世纪以来,对叶片运动的研究主要集中雨树、合欢等大型豆科非模式植物为对象,并取得了一定的生理学证据由于这些研究对象缺乏公共的基因组和蛋白质组数据、也没有遗传突变体库和稳定的遗传转化体系,深入解析叶片运动的分子遗传机制十分困难。近年来豆科模式植物蒺藜苜蓿在豆科结瘤共生领域取得了很多重要的进展,本研究以蒺藜苜蓿为研究材料,结合组学手段来解析叶枕器官内的分子调控网络以及叶枕干细胞的起始和来源变得可能。2022418日,版纳植物园陈江华研究员团队与刘长宁研究员团队合作在International Journal of Molecular Sciences在线发表了一篇题为Multidimensional Gene Regulatory Landscape of Motor Organ Pulvinus in the Model Legume Medicago truncatula的研究论文 

  本研究通过对蒺藜苜蓿野生型叶枕及elp1突变体叶枕对应部位的组织进行取材进行转录组和蛋白质组学比较分析,分析结果显示:在叶枕发育和信号转导过程中基因表达和蛋白丰度多个生物学过程存在极显著的变。此外,对不同叶组织(叶片、叶枕和叶柄)进行转录组比较分析,为阐明叶枕原基的起始来源和叶运动的信号通路提供了线索。进一步实验结果显示:生长素合成及信号途径、细胞壁合成和光合作用等相关基因在叶枕发育中起着重要作用。这为精细理解核心转录因子ELP1功能以及叶运动机制提供了丰富的数据库,也为后续挖掘叶运动的关键调控因子以及信号转导途径提供了重要的候选基因 

  版纳植物园博士研究生白权子和杨文静为文章共同第一作者,陈江华研究员和刘长宁研究员为共同通讯作者。福建农林大学海峡研究院熊延教授,北京大学现代农学院秦国臣博士,版纳园赵宝林副研究员、贺亮亮副研究员、赵维月博士等也参与了该文章的工作。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. elp1突变体及A17野生型的转录组和蛋白组实验流程图 

 2. 叶枕发育和信号转导的基因调控示意图 

 

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