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國(guó)家植物園科研人員在植物生殖細(xì)胞演化研究中取得新進(jìn)展

媒體:原創(chuàng)  作者:國(guó)家植物園
專業(yè)號(hào):國(guó)家植物園 2024/8/27 18:17:02

有性生殖是生物適應(yīng)復(fù)雜多變環(huán)境的重要方式,也是物種延續(xù)與生物多樣性形成的關(guān)鍵。生殖細(xì)胞(雌、雄配子)的產(chǎn)生是生物完成有性生殖的前提。長(zhǎng)期以來,植物生殖細(xì)胞相關(guān)研究主要集中于孢子體世代(二倍體世代,2n)占優(yōu)勢(shì)的種子植物類群,但在以配子體為主世代(單倍體世代,n)的苔蘚植物中,生殖細(xì)胞發(fā)生和發(fā)育機(jī)制研究不足,極大地限制了人們對(duì)陸地植物生殖細(xì)胞演化機(jī)制和規(guī)律的理解。

國(guó)家植物園(南園)徐波研究組科研人員及合作者發(fā)現(xiàn)了調(diào)控地錢生殖系細(xì)胞命運(yùn)決定的關(guān)鍵因子GERMLINE IDENTITY DETERMINANT (MpGLID)。該基因功能缺失導(dǎo)致精子器和頸卵器(雌性生殖器官)中無法形成生殖系細(xì)胞,但并不影響營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖結(jié)構(gòu)的分化。MpGLID基因的異位表達(dá),在葉狀體(營(yíng)養(yǎng)器官)中誘導(dǎo)產(chǎn)生具有生殖系細(xì)胞特征的細(xì)胞團(tuán)。

生殖系細(xì)胞命運(yùn)決定調(diào)控模塊BNB-GLID在陸地植物中的演化模式

此外,研究人員發(fā)現(xiàn),調(diào)控地錢生殖器官發(fā)育起始的關(guān)鍵因子BONOBO(MpBNB)通過直接結(jié)合MpGLID啟動(dòng)子區(qū)正向調(diào)控其表達(dá),介導(dǎo)了地錢生殖系細(xì)胞身份決定。通過對(duì)BNB-GLID遺傳模塊演化分析,研究人員提出該模塊調(diào)控生殖系細(xì)胞身份建立在陸地植物最近共同祖先中已經(jīng)出現(xiàn),并在苔蘚植物中得到了保留;在陸地植物后續(xù)的演化過程中,隨著單倍體世代被逐漸壓縮,該模塊也發(fā)生了精簡(jiǎn),GLID在配子體世代中的功能完全丟失,并在孢子體世代(2n)中發(fā)生功能分化被招募調(diào)控絨氈層發(fā)育(以擬南芥MS1為代表),而BNB在配子體世代(n)中的功能則被保留下來。

與目前的普遍認(rèn)知不同,該研究表明了調(diào)控生殖系細(xì)胞命運(yùn)決定的遺傳機(jī)制在陸地植物中并不保守,并提出了雌雄配子演化的新觀點(diǎn),不僅為理解陸地植物生殖細(xì)胞演化和花粉起源提供了新的見解,而且也為基因新功能化是植物孢子體世代復(fù)雜化的重要方式提供了例證。

該成果于近日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊The Plant Cell上。國(guó)家植物園(南園)已畢業(yè)博士研究生任小龍、助理研究員張曉霞和博士研究生戚肖桐為論文共同第一作者,徐波研究員和孔宏智研究員為論文共同通訊作者。國(guó)家植物園(南園)王柏臣研究員,英國(guó)萊斯特大學(xué)David Twell教授,博士研究生張?zhí)?、王慧杰、符淵及碩士研究生貢禹參與了部分工作。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體和面上項(xiàng)目以及王寬誠(chéng)教育基金會(huì)的資助。

植物登陸與早期演化研究組

組長(zhǎng):徐波研究員

郵箱:boxu@ibcas.ac.cn

主要研究方向:以苔蘚植物地錢(Marchantia polymorpha)及小立碗蘚(Physcomitrium patens)為研究材料,圍繞陸地植物起源的科學(xué)問題,重點(diǎn)關(guān)注植物登陸與早期演化過程中關(guān)鍵性狀起源及適應(yīng)性演化的遺傳基礎(chǔ)。

編輯 | 韓藝

審核 | 梁鵬鴻

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