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水稻类受体激酶调控生殖发育的作用机理研究取得重要进展

发布时间:2017-04-10 浏览次数:0

水稻花序的形态建成对于产量的最终形成至关重要。这一发育过程涉及各级分生组织的快速有序转换、花器官的起始与分化、雌雄配子体的发生等,已知激素信号和转录因子调控此过程, 同时新器官产生和细胞命运决定的精确控制还依赖于胞间通讯,然而在单子叶植物中介导发育信号感知的细胞表面分子知之甚少。孙颖教授课题组的最新研究发现,水稻中两个编码类受体激酶的高度同源基因DWARF AND RUNTISHSPIKELET1 (DRUS1) 和 DRUS2  在花序分生组织中高表达,共同控制水稻生殖生长和发育。它们功能冗余,并且存在剂量效应:其双重突变体极其矮小,花序短小稀疏,颖花败育,不能结籽; 当两个基因编码的蛋白总量降低到一定的阈值以下,水稻开始出现部分败育。深入研究发现,DRUS1和DRUS2定位于细胞表面且具有激酶活性, 其介导的信号可能直接与糖的代谢相关,并且抑制半胱氨酸蛋白酶引发的细胞降解作用。UDP2基因是这一信号通路的下游靶基因之一,该基因编码UDP-葡萄糖焦磷酸酶,催化单糖UDP-葡萄糖的合成,是单糖转换及多糖合成的一个关键酶。UDP2在双突变体花序中的显著下降导致单糖利用和转换困难,不能形成多糖大分子,并引发细胞自体吞噬,导致生殖生长缓慢或停止。

 DRUS1和DRUS2类受体激酶属于CrRLK1L 亚家族,与拟南芥中的FERONIA 属于直系同源物。它们的分子功能与FER 相同,但是生物学功能不尽相同,可能由于它们的组织表达模式在两个物种中发生了分歧。DRUS1和DRUS2在水稻花序发育过程起关键作用,它们类似于动物的生长因子受体, 介导了一条细胞生存必需的信号通路,维持细胞基本生长过程,在已经报道的CrRLK1L 家族成员中,它们代表一个崭新的功能。

该项研究成果2017年1月发表于The Plant Cell, 生命科学学院的蒲翠霞博士后,韩永峰博士,及在读博士生朱姝为共第一作者, 孙颖教授为通讯作者。该项研究受到科技部 973 计划(2013CB126900, 2014CB943404),河北省百名优秀创新人才计划(SPRC046)和国家自然科学基金青年基金(31500238)等资助。




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