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植物花粉對(duì)低溫冷脅迫反應(yīng)的分子機(jī)制

閱讀:362發(fā)布時(shí)間:2010-9-25

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目前,許多研究結(jié)果已經(jīng)比較詳細(xì)地闡述了溫度脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響,但其研究主要集中在植物根、莖、葉等組織,對(duì)發(fā)育階段時(shí)間比較短且非常復(fù)雜的植物生殖器官的研究非常少。雖然如此,但科學(xué)家很早就注意到,植物有性生殖對(duì)低溫冷脅迫高度敏感,zui終導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量大幅降低。在植物有性生殖階段,溫度脅迫可以導(dǎo)致生殖器官結(jié)構(gòu)和功能的異常,以及受精失敗等嚴(yán)重后果。目前認(rèn)為,在植物整個(gè)生命周期中,其雄性生殖器官發(fā)育對(duì)低溫冷脅迫zui為敏感。

   zui近,中科院西雙版納熱帶植物園分子生物學(xué)研究組余迪求研究員指導(dǎo)的博士研究生鄒長(zhǎng)松以模式植物擬南芥花粉為研究材料,通過(guò)基因功能分析手段證實(shí)了植物成熟花粉粒對(duì)低溫冷脅迫敏感,是由于花粉粒特異表達(dá)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子WRKY34抑制低溫誘導(dǎo)的CBF1,  CBF2CBF3等基因表達(dá)所致。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于期刊Journal  of  Experimental  Botany。

 植物WRKY基因家族是植物*的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子超級(jí)家族,在調(diào)控植物抵抗生物和非生物逆境脅迫反應(yīng)及其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑方面發(fā)揮非常重要的生物學(xué)功能。鄒長(zhǎng)松等的研究發(fā)現(xiàn),擬南芥轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子WRKY34基因在植物成熟花粉細(xì)胞中特異表達(dá),同時(shí)受低溫冷脅迫強(qiáng)烈誘導(dǎo)表達(dá)。遺傳分析證明,WRKY34基因T-DNA插入突變體(wrky34-1wrky34-1)的成熟花粉粒對(duì)低溫冷脅迫的敏感性比野生型顯著降低,其花粉活力在低溫冷脅迫后顯著高于野生型。通過(guò)比較分析低溫冷脅迫對(duì)植物成熟花粉粒的活力、花粉萌發(fā)、花粉管伸長(zhǎng)以及zui終對(duì)植株種子產(chǎn)量等方面的影響,也進(jìn)一步證實(shí)wrky34成熟花粉的花粉活力顯著地高于野生型;而且,WRKY34高表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株的成熟花粉粒即使在沒(méi)有冷處理的條件下也表現(xiàn)出不育。這說(shuō)明WRKY34作為一個(gè)負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子,參與了成熟花粉粒對(duì)低溫冷脅迫的響應(yīng)。在野生型植株的成熟花粉粒中,受低溫強(qiáng)烈誘導(dǎo)的CBF1,  CBF2CBF3基因不能被冷誘導(dǎo),而在wrky34CBF系列基因及其下游靶基因能夠被強(qiáng)烈的誘導(dǎo),這表明WRKY34可能在成熟花粉粒中負(fù)調(diào)控CBF系列基因的表達(dá),從而參與成熟花粉粒對(duì)低溫冷脅迫的響應(yīng)。

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