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储成才/童红宁研究组合作发现调控水稻育性和库大小关键基因

 时间:2021-09-27
        水稻花药发育是由一系列复杂的生物学过程组成,其中绒毡层细胞对花药发育起重要作用。绒毡层细胞需要经历一个细胞程序性死亡(Programmed Cell Death,PCD)的过程来为花粉的成熟提供必需的营养物质。但是,人们对绒毡层细胞PCD过程以及这个过程是如何影响花粉发育的调控机理仍知之甚少。
        中国科学院遗传与发育生物学研究所储成才研究组和中国农科院童红宁研究组合作鉴定到一个花粉不育突变体post (pollen sterility)。研究发现,post突变体花药绒毡层细胞PCD过程受到抑制,使绒毡层降解受到抑制和推迟,导致花粉的败育(图1)。POST基因编码一个全新的蛋白,仅存在于被子植物中。POST主要在花药发育的第8和9时期绒毡层和小孢子中表达。转录组结果表明,POST可能通过调控脂质代谢参与绒毡层PCD过程。post突变体除了雄性不育外,其颖壳出现了明显增大,暗示了细胞死亡和细胞分裂存在着一定关联,这一发现为深层揭示绒毡层程序化细胞死亡过程提供了全新的思路。有意思的是,精细调控POST不仅可以保持其花粉育性,且能增大水稻颖壳,增加库的大小,进而提高籽粒产量(图2)。因此,POST不仅是一个新的调控花粉发育的关键因子,也是作物源库改良的潜在基因,为水稻产量的精准设计提供了一种新策略。

图1:绒毡层PCD过程在post突变体中发生延迟,导致绒毡层降解滞后,导致花粉败育。

图2:POST的精细调控可改良水稻粒重
        储成才研究组已毕业研究生车荣会博士为该论文第一作者,储成才研究员和中国农业科学院作物所童红宁研究员为该文共同通讯作者,该研究获得国家自然科学基金资助。

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