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研究揭示了遗传途径对开花植物生殖适应的作用

小RNA是参与植物生长和发育的关键调控因子。花药在花粉发育过程中有两组小RNA丰富,这是繁殖成功的关键过程。一项研究合作证明了花药发育的遗传途径的功能,该途径在2019年的工作证明已广泛存在于2亿年前进化的开花植物中。该研究团队由布雷克·迈尔斯(Blake Meyers)博士,唐纳德·丹佛斯(Donald Danforth)植物科学中心成员,密苏里大学植物科学系教授以及斯坦福大学生物学教授弗吉尼亚·沃尔伯特(Virginia Walbot)博士领导。他们的发现“类似切丁机的5缺乏症赋予玉米温度敏感性雄性不育”,发表在《自然通讯》杂志上。。

出乎意料的是,他们的研究发现了对环境敏感的雄性不育表型。通过使用突变体并消除其中一种途径,该研究小组生产了无法产生花粉的植物,但是当他们降低温度时,他们发现它们可以恢复完全的雄性育性。这种在不同条件下打开或关闭花粉生产的能力可能对种子生产有用。研究小组还可以将这种途径的功能归因于花药发育,这一观察以前是缺失的,但很重要。这些结果是先前发表的发现的重要伴侣,该发现描述了开花植物中该途径的进化分布,“ 24-nt生殖phasiRNA广泛存在于被子植物中”,也发表在该杂志上自然交流。

梅耶斯说:“将这两个发现放在一起,我们可以理解这些分子的作用对于玉米的完整雄性育性很重要,此外,该途径首先是随着开花植物而进化的。” “了解花卉生长的遗传机制对于提高作物产量和育种更好的品种非常重要,特别是对于制作支持现代农业的高产杂交作物而言。”

研究团队将继续努力,以了解为什么对这种途径的变化会产生对环境敏感的反应,以及在缺少这种小RNA途径的情况下导致这种雄性不育的分子机制究竟是什么。在一个单独资助的项目中的工作正在研究是否可以通过调节这种途径来调节其他农作物的花粉发育,从而提高种子产量和农作物产量。

作者包括第一作者,Chong Teng博士,Meyers实验室的博士后研究员和Han Zhang博士。Walbot实验室的前博士后研究员。Meyers实验室的博士后研究员Kun Huang博士和Meyers实验室的前研究生Reza Hammond博士也做出了贡献。这项工作由国家科学基金会资助。

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