研究揭示拟南芥孤儿基因调节花粉发育的分子机制
文章导读
你知道花粉发育的奥秘吗？在拟南芥中，孤儿基因QQS调控花粉萌发和育性的机制一直成谜。中国科学院最新研究揭秘，ICE1作为关键转录激活因子，直接上调QQS表达，显著提升花粉萌发率和活力。IDD14辅助ICE1结合QQS启动子，强化这一过程。QQS功能受损会导致花粉形态异常，并与脂质合成酶CUT1相互作用，协同调控花粉表面脂质代谢，确保水合作用和雄性育性。这一ICE1/IDD14-QQS-CUT1途径的发现，不仅解开了花粉发育的分子网络，还为作物雄性不育研究和农业育种提供了突破性见解。研究发表于Journal of Integrative Plant Biology。
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开花植物中，花粉的形成以及随后的花粉管生长和受精在植物的育性中具有关键作用。花粉的适当发育和成熟对种子植物的遗传多样性具有重要影响，对农业作物生产产生重要作用。植物中孤儿基因的出现可能是植物不断适应环境的进化结果，其功能可能促进植物的生存。近年来，拟南芥特异性孤儿基因Qua Quine Starch（QQS）在植物发育和环境适应中的作用备受关注。然而，QQS调控花粉发育的分子机制以及转录激活因子如何在这一过程中促进QQS的转录尚不清楚。
中国科学院西双版纳热带植物园植物基因组演化与次生代谢研究组发现，ICE1作为关键的转录激活因子，正向调节QQS的表达，以提高花粉的萌发和活力。IDD14通过促进ICE1与QQS启动子的结合辅助促进ICE1的功能，且在这一过程中很大程度上依赖于ICE1。此外，QQS功能受损和异常花药开裂共同影响ice1-2突变体的花粉发育和花粉形态。进一步研究显示，ICE1对花粉活性的促进作用取决于QQS的功能。QQS调节花粉表面的脂质生成，并与长链脂质生物合成的关键酶CUT1相互作用，通过促进CUT1的活性来协同调控花粉的脂质代谢，最终调节花粉的水合作用和育性。该研究揭示了QQS通过ICE1/IDD14-QQS-CUT1途径促进拟南芥花粉萌发和雄性育性方面的新功能。
相关研究成果以ICE1 interacts with IDD14 to transcriptionally activate QQS to increase pollen germination and viability为题，在线发表在Journal of Integrative Plant Biology上。研究工作得到国家自然科学基金等的支持。
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