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山东农大与美国明尼苏达大学合作揭示种子形态发育调控及进化机理
发布时间:2022-09-09 作者: 浏览次数:10

      2022年9月7日,山东农业大学与美国明尼苏达大学合作在国际学术期刊Molecular Plant上发表了题为“Ancestral HAIKU2 function but divergent epigenetic regulation reveals routes of seed developmental evolution”的研究论文。研究揭示了种子形态发育调控及进化机理。

     一些被子植物种子例如禾本科大部分由胚乳组成,而另一些被子植物种子例如拟南芥和大豆大部分由胚胎组成。期间胚乳停止增殖,胚胎吸收胚乳而生长成熟。拟南芥IKU2是一个受体激酶蛋白和胚乳发育的主要调节因子。研究揭示在水稻、二穗短柄草和大豆中存在功能保守的拟南芥IKU2,因而在拟南芥中调控胚乳增殖的功能是保守的。拟南芥和大豆IKU2呈现短期表达,其位点的组蛋白H3K27me3修饰水平逐步升高,基因表达被抑制,胚乳停止增殖。这一修饰由拟南芥MEDEA甲基转移酶催化。目前报道MEDEA仅在十字花科中存在并独立进化。

在与拟南芥具有相同种子发育模式的大豆中,我们得到了一个GmMEDEA,由GmSWN进化加倍而来。相反二穗短柄草和水稻IKU2呈现持续表达。二穗短柄草IKU2的缺失引起胚乳发育滞泻。因而IKU2位点的组蛋白H3K27me3修饰差异导致不同的IKU2表达模式,胚乳增殖持续性以及截然不同的成熟种子形态结构。进化中功能保守的IKU2及差异进化的MEDEA共同作用,为被子植物中极少和极多两种中后期胚乳增殖模式提供了进化依据。


图:功能保守的IKU2及差异进化的表观遗传学修饰决定两种不同的胚乳增殖模式

      山东农业大学吴迪博士为本文第一作者,美国明尼苏达大学倪敏教授和山东农业大学张宪省教授为本文共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金和山东农业大学的资助。


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