番茄植株發(fā)育的關(guān)鍵分子機(jī)制

在《Development》雜志上發(fā)表的一篇文章中，巴西 圣保羅大學(xué)Luiz de Queiroz農(nóng)業(yè)學(xué)院(ESALQ-USP)的研究人員描述了與番茄植物(Solanum lycopersicum)發(fā)育有關(guān)的機(jī)制，并指出了創(chuàng)造提高番茄產(chǎn)量的新技術(shù)的方法。

植物中與果實(shí)發(fā)育相關(guān)的許多過程發(fā)生在花分生組織，這是一個(gè)富含干細(xì)胞的區(qū)域。番茄的花既有雄蕊，主要由花藥和花粉組成;也有雌蕊，其子房含有胚珠(卵細(xì)胞)，用于種子和果實(shí)的產(chǎn)生。受精的胚珠成熟為種子，種子被果實(shí)覆蓋。從技術(shù)上講，果實(shí)是成熟的子房。

根據(jù)研究人員的說法，即使在理想的授粉和受精條件下，番茄植物也只能在microRNAs(調(diào)節(jié)基因表達(dá)的小RNA分子)和赤霉素激素介導(dǎo)的途徑正確相互作用以觸發(fā)初始卵巢發(fā)育的情況下才能發(fā)育。

大約十年前，同一小組的先前研究證明了一種名為miR156的microRNA在調(diào)節(jié)番茄花分生組織大小和形狀方面的作用。描述了兩種遺傳途徑，一種參與子房作為果實(shí)的初始建立，另一種參與果實(shí)內(nèi)種子的形成。

“在此過程中，我們意識(shí)到這些microRNAs可以與某些植物激素相互作用，這些激素對(duì)卵巢的形成和建立以及后來的果實(shí)發(fā)育也很重要。其中一種植物激素是赤霉素，它與microRNAs一起促進(jìn)番茄開花，”Fábio Tebaldi Silveira Nogueira說，他是這篇文章的最后一位作者。Nogueira是ESALQ-USP生物科學(xué)系植物發(fā)育分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究員。

在他們的最新研究中，由FAPESP通過三個(gè)項(xiàng)目(18/17441- 3,18 /13316-0和19/20157-8)資助，研究人員將兩組研究結(jié)果聯(lián)系起來，**在文獻(xiàn)中表明，當(dāng)卵巢在花分生組織中形成時(shí)，miR156調(diào)節(jié)的遺傳途徑與赤霉素強(qiáng)烈相互作用。

為了詳細(xì)了解這一過程，他們分析了番茄的轉(zhuǎn)錄組(植物基因表達(dá)的所有RNA)，并對(duì)其進(jìn)行了修改，以產(chǎn)生大量和少量的植物激素和microRNA。最初，這創(chuàng)造了具有更多miR156活性的轉(zhuǎn)基因植物。然后將這些植物與對(duì)赤霉素有強(qiáng)烈反應(yīng)的突變植物結(jié)合。當(dāng)他們?cè)谕恢曛参镏薪Y(jié)合這些變化時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)子房無法形成果實(shí)。

“我們觀察到，當(dāng)這兩種途徑發(fā)生改變，不能相互交流——有缺陷地相互作用或根本不相互作用時(shí)，本應(yīng)產(chǎn)生子房和果實(shí)的花分生組織就會(huì)發(fā)育成無定形結(jié)構(gòu)，而不會(huì)形成種子發(fā)育所需的室腔。通過這種方式，我們描述了番茄花分生組織中子房形成的初步控制，這是植物后來結(jié)果的關(guān)鍵階段，”Nogueira說。

他補(bǔ)充說，即使在授粉和受精條件理想的情況下，果實(shí)也不會(huì)形成，除非最初的子房發(fā)育正確，赤霉素和microRNA途徑之間有適當(dāng)?shù)南嗷プ饔谩?/span>

經(jīng)濟(jì)的重要性

雖然在科學(xué)文獻(xiàn)中已經(jīng)有大量關(guān)于植物子房的遺傳學(xué)和生理學(xué)的可靠信息，但這是**次描述microRNAs和赤霉素之間的相互作用，特別是在像番茄這樣具有重要經(jīng)濟(jì)意義的植物中。

Nogueira說:“這些知識(shí)為操縱和增加果實(shí)中的種子數(shù)量以提高作物產(chǎn)量甚至調(diào)節(jié)果實(shí)大小提供了遺傳和生理基礎(chǔ)。值得一提的是，無論是食用番茄還是工業(yè)番茄，種子都是最有價(jià)值的物品之一。”

研究人員現(xiàn)在想找出microRNAs和激素的其他途徑是否也以任何方式相互作用并影響植物的發(fā)育，例如通過增加果實(shí)的數(shù)量和大小。

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