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Nature:中科院遗传发育所杨维才研究组揭示发现植物雌雄识别的分子机制

摘要 : 近日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下《Nature》杂志在线发表中科院遗传发育所杨维才研究组揭示植物雌雄识别分子机制的研究论文

 近日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下《Nature》杂志在线发表中科院遗传发育所杨维才研究组揭示植物雌雄识别分子机制的研究论文,研究生王彤为论文第一作者,杨维才研究员为论文通讯作者。

被子植物的花粉是在空气中传播的,但梨树为什么会“拒绝”苹果的花粉?植物究竟是如何识别同类、排斥异类的?中国科学院遗传与发育生物学研究所杨维才研究员领导的研究组,找到了揭开奥秘的关键钥匙:首次分离到了花粉管识别雌性吸引信号的受体蛋白复合体,并揭示了信号识别和激活的分子机制。

研究发现,因为不具备动物精子的游动能力,被子植物中胚囊会分泌信号分子引导花粉管定向生长,花粉管将精子细胞运送到胚囊里,进而和包裹在胚囊内的卵细胞结合。杨维才研究组在对拟南芥这种植物的研究中,通过反向遗传学手段,在花粉管中筛选到了两个膜表面受体蛋白激酶(MIK和MDIS1),参与花粉管对胚囊信号分子的响应。一系列的生化和细胞生物学实验结果显示,两个受体蛋白激酶共同接受胚囊的信号,并启动花粉管的定向生长。

更重要的是,研究人员通过转基因手段把其中的一个信号受体导入另一种植物荠菜中,并和拟南芥进行杂交实验,转基因荠菜的花粉管识别拟南芥胚囊的效率大大提高。

该研究是植物生殖领域的重大突破,并通过基因工程手段建立了利用生殖关键基因打破生殖隔离的方法,为克服杂交育种中杂交不亲和性提供重要的理论依据。一直以来,杂交障碍的主要原因之一就是雌雄配子体的有效识别。这一发现不仅揭示了植物生殖的奥秘,更为杂交育种开辟了新天地。

原文链接:

A receptor heteromer mediates the male perception of female attractants in plants

原文摘要:

Sexual reproduction requires recognition between the male and female gametes. In flowering plants, the immobile sperms are delivered to the ovule-enclosed female gametophyte by guided pollen tube growth. Although the female gametophyte-secreted peptides have been identified to be the chemotactic attractant to the pollen tube1, 2, 3, the male receptor(s) is still unknown. Here we identify a cell-surface receptor heteromer, MDIS1–MIK, on the pollen tube that perceives female attractant LURE1 in Arabidopsis thaliana. MDIS1, MIK1 and MIK2 are plasma-membrane-localized receptor-like kinases with extracellular leucine-rich repeats and an intracellular kinase domain. LURE1 specifically binds the extracellular domains of MDIS1, MIK1 and MIK2, wheras mdis1 andmik1 mik2 mutant pollen tubes respond less sensitively to LURE1. Furthermore, LURE1 triggers dimerization of the receptors and activates the kinase activity of MIK1. importantly, transformation of AtMDIS1 to the sister species Capsella rubella can partially break down the reproductive isolation barrier. Our findings reveal a new mechanism of the male perception of the female attracting signals.

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