棉花团队揭示高温导致雄性不育的新机制

  • 日期:01-09
  • 点击:(793)


南湖网讯(记者花棉)近日,植物学领域的知名期刊《植物细胞》(ThePlant Cell)在网上发表了我校棉花团队的报告,题为“应对高温的废弃基因组方法已经发表”不裂”,说明高温胁迫下,脱氧核糖核酸甲基化对花粉活性和花药开裂有不同的调节作用。硕士研究生马以赞是第一作者,张献龙教授和凌敏副教授是合作交流作者。

研究小组先前鉴定了两种在高温下具有表型差异的材料:“”(耐高温)和“H05”(高温敏感)。转录组测序发现高温敏感材料“H05”在高温下差异表达基因的数量远远超过耐高温材料“”。假设“”和“H05”之间存在明显的不同修改。同时,液相色谱结果表明,高温胁迫下,两者内源脱氧核糖核酸甲基化的总体水平有显著差异。总的脱氧核糖核酸甲基化水平的波动可能会影响糖信号、活性氧和生长素之间的平衡,导致男性流产(米内特等人,2014年植物生理学)。进一步分析发现,高温胁迫增加了敏感高温材料“H05”花药绒毡层和小孢子中酪蛋白激酶型的表达,影响花药中糖和激素信号的平衡,导致流产(Min等人,2013植物杂志)。然而,脱氧核糖核酸甲基化参与植物雄性生殖器官高温反应的机制仍不清楚。

为了建立高温胁迫引起的脱氧核糖核酸甲基化变化与花药育性调节之间的关系,在常温和高温条件下,连续采用“”和“H05”分别构建花药发育三个重要阶段的脱氧核糖核酸甲基化差异图谱,即四分体阶段、绒毡层降解阶段和花药开裂阶段。阐明“H05”显示相对低的脱氧核糖核酸甲基化水平,而“”在高温胁迫下保持高水平。“H05”中24nt小核糖核酸的较低数量意味着小核糖核酸介导的脱氧核糖核酸甲基化途径(RdDM)的建立受到影响。通过应用脱氧核糖核酸甲基化抑制剂,发现“H05”具有类似于常温高温胁迫下花粉不育的表型,但同时花药壁正常开裂。进一步的核糖核酸测序结果表明,糖和活性氧的代谢途径明显受脱氧核糖核酸甲基化的调控,而生长素途径在抑制剂的作用下没有明显变化。这项研究结果于6月4日由植物细胞在线发表。另一方面,研究小组通过小核糖核酸和降解物测序发现,高温胁迫通过影响生长素相关微小核糖核酸的转录来调节花药开裂(Dinget al,2017植物杂志)。

本研究首次绘制了棉花花药在高温和常温下的脱氧核糖核酸甲基化模式,首次发现高温胁迫引起的花粉不育和花药壁不开裂表型受不同途径的调控,这对进一步研究高温引起的雄性不育机制和创造耐高温种质具有重要意义。该研究得到了现代农业技术体系和国家重点研发计划的支持。

文章链接:

评论者:凌敏

youtube.com