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田志喜研究組在大豆茸毛密度的遺傳網絡調控研究取得重要進展

  大豆馴化起源于中國,隨後廣泛傳播于世界各地,爲人類提供了主要的植物油和蛋白資源,是世界性的重要糧食經濟作物。表皮毛是植物表皮細胞分化形成的一種特殊的細胞形態,廣泛分布于植物的葉片、莖稈以及花萼等地上部器官的表面。作爲植物應對外界環境(生物或者非生物脅迫)的第一道防線,表皮毛在植物的生長發育以及抗逆中發揮著極其重要的作用。此外,表皮毛也是研究植物細胞命運調控的重要模式系統之一。例如,擬南芥表皮毛作爲典型的單細胞結構,其調控機制已經進行了深入的研究,即通過MYB-bHLH-WD40蛋白複合體調節下遊關鍵基因的表達,從而控制表皮毛的分化發育。在大豆中,表皮毛被稱爲茸毛。大豆茸毛也是典型的單細胞結構,無分支。研究發現,大豆茸毛密度與抗旱和抗蟲等重要性狀密切相關,然而關于大豆表皮毛發育的遺傳基礎和分子機理還不清楚。 

 

  中國科學院遗传與发育生物学研究所田志喜研究组主要研究方向为大豆功能基因组研究,旨在通过多组学联合的分析方法,对影响大豆产量、品质等重要农艺性状的网络调控系统进行解析,揭示调控大豆器官发生、种子发育、植株形态建成以及品质形成的内在机制,并致力于培育稳产高产优质大豆新品种。近日,该团队挖掘到调控大豆茸毛密度的三个关键基因:多毛控制基因Pd1、少毛控制基因Ps和無毛控制基因P1。發現Pd1編碼HD-Zip Ⅳ類的轉錄因子,Ps編碼一个含有WD40結構域和RING結構域的蛋白,P1編碼一个含有AAI結構域的磷脂轉運蛋白。 

 

  遺傳分析發現,Pd1Ps存在互作,並且Pd1Ps調控茸毛的形成依賴于P1。進一步研究揭示,Pd1PsP1三者之間存在相互調控關系:Pd1通過結合啓動子促進P1Ps的表達並且抑制Pd1自身的表達。同時,Pd1Ps也存在分子互作,它們形成蛋白複合體共同調控下遊相關基因的表達。並且Ps能夠抑制Pd1的轉錄活性從而使大豆茸毛密度維持在一個平衡的狀態。此外,赤黴素(GA)簣D毎分裂素(CK)信号通路能够上调转录因子編碼基因Pd1的表達(圖)。該文報道的研究結果顯示,大豆茸毛形成的調控模式不同于擬南芥表皮毛,是一種新的調控機制。該機制的發現對于揭示植物細胞命運調控的多樣性具有十分重要的價值。 

 

  該研究于20201013日在Molecular Plant雜志在線發表,題爲“A Pd1-Ps-P1 Feedback Loop Controls Pubescence Density in Soybean”(DOI:10.1016/j.molp.2020.10.004)。田志喜研究組劉書林博士爲文章的第一作者,田志喜研究員爲文章的通訊作者。該研究得到了國家重點研發計劃、農業部和國家自然科學基金委的資助。     

: Pd1-Ps-P1通過反饋調節調控大豆茸毛密度的工作模型