利用反向遺傳學,蘭州大學“細胞活動與逆境適應”教育部重點實驗室茍小平教授課題組發現,共受體激酶CIKs可調控早期花藥發育過程中孢原細胞的分裂方式,該組基因的缺失將嚴重影響花藥細胞命運,不能產生有活性的花粉。
該研究成果9月10日發表于植物學國際頂級期刊《植物細胞》(《The Plant Cell》),有望運用于作物育種,創新雄性不育植物品系。
花藥作為高等開花植物雄性器官的重要組成部分,能夠產生并釋放含有精細胞的花粉粒,在植物有性生殖和世代交替的過程中扮演著非常重要的角色。
受體激酶在植物中是一個超蛋白家族,成員眾多,已有的研究表明它們在植物的生長發育過程中具有重要的功能,深入揭示其他受體激酶的生物學功能是該領域研究的重要方向。自2010年,該課題組通過反向遺傳學的方法,系統研究模式植物擬南芥的受體激酶,發現了一組調控植物干細胞的共受體激酶CIKs,相關研究成果于2018年初發表于國際著名植物學期刊《自然植物》(《Nature Plants》)。
通過繼續深入研究,該課題組構建得到四個CIK受體激酶基因的多重缺失突變體,詳細的組織切片觀察和細胞生物學分析發現它們具有不同程度的花藥早期發育異常,并揭示了這組受體激酶調控擬南芥花藥早期發育的分子遺傳學機制。研究發現,在早期花藥發育過程中這組共受體激酶通過調控孢原細胞的分裂方式,來決定花藥細胞的命運,它們缺失后的突變體不能正確分化形成正常的花藥結構,最終花藥敗育,不能產生有活性的花粉。
該論文通訊作者茍小平表示,揭示植物生殖發育過程中的調控機制可以更好地理解植物如何產生雄性器官。未來,這些基因有潛力作為作物分子育種的靶點基因,創制雄性不育植物品系。接下來,課題組還將繼續研究這組受體激酶是否還參與調控植物的其他發育過程,以及植物對其他外界環境因素的響應。