2018-03-02 17:00:59
高等植物的花粉粒具有一層堅(jiān)硬的花粉外壁，內(nèi)含一種叫做“花粉包被”的物質(zhì)?；ǚ郯辉诜乐够ǚ哿８稍?、保護(hù)花粉粒免受機(jī)械損傷和病原菌侵染等方面具有重要作用。在自然界中，花粉壁發(fā)育不良和缺少花粉包被的植株表現(xiàn)出育性明顯下降。研究花粉包被的形成機(jī)制，對(duì)發(fā)現(xiàn)作物雜交育種和制種所需的優(yōu)良雄性不育材料具有重要意義。
中國(guó)科學(xué)院植物研究所研究員漆小泉研究組長(zhǎng)期從事植物萜類代謝研究，在前期研究中已鑒定出多條植物二萜和三萜代謝途徑。近日，該研究組研究人員發(fā)現(xiàn)，水稻三萜合酶OsOSC12/OsPTS1能夠催化2,3-環(huán)氧鯊烯產(chǎn)生一種二環(huán)三萜化合物“禾谷絨氈醇”；缺失OsOSC12/OsPTS1功能的水稻植株所產(chǎn)生的花粉粒，其花粉包被的組成成分明顯減少，花粉粒得不到有效保護(hù)而迅速失水。這種突變體在濕度低于60%的環(huán)境中表現(xiàn)為不育，而在濕度高于80%的環(huán)境中則表現(xiàn)為完全可育，是一種新型的濕度敏感型雄性核不育材料。進(jìn)一步的研究表明，與正常植株相比，突變體的花粉包被中棕櫚酸和亞麻酸的含量明顯降低，并且完全缺少硬脂酸；對(duì)突變體的花粉粒補(bǔ)充棕櫚酸和亞麻酸能夠有效防止花粉粒過度失水，由此表明，花粉包被缺乏這三種脂肪酸是導(dǎo)致花粉粒迅速失水的主要原因?？紤]到OsOSC12/OsPTS1普遍存在于禾本科植物中，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)該基因在玉米、小麥和大麥的花藥中表達(dá)，并檢測(cè)“禾谷絨氈醇”存在，預(yù)示了禾本科植物中存在類似的分子機(jī)制。
該研究揭示了OsOSC12/OsPTS1在水稻花粉包被形成過程中的關(guān)鍵作用，為深入了解花粉包被的形成機(jī)制和保水機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，該研究還獲得了水稻濕度敏感型雄性不育系，這是繼早期發(fā)現(xiàn)的水稻光/溫敏雄性不育材料之后的又一種條件雄性不育材料。由于早期發(fā)現(xiàn)的光/溫敏雄性不育系的育性需要嚴(yán)格控制溫度或光照，極大地限制了其應(yīng)用范圍，而新型不育系的育性只受揚(yáng)花期環(huán)境濕度的影響，可在夏季干旱少雨的地區(qū)配制雜種，從而突破目前水稻雜種優(yōu)勢(shì)利用的地域限制。研究者認(rèn)為，采用相同的研究方法和技術(shù)，有望獲得多種禾本科作物的濕敏雄性不育材料，開創(chuàng)作物兩系雜交育種和雜種優(yōu)勢(shì)利用的新篇章。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》上，漆小泉研究組副研究員薛哲勇、博士畢業(yè)生徐霞、博士研究生周媛為共同第一作者，漆小泉為通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃的資助。
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