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植物所孔宏智研究组在花基本结构的可塑性及其分子机制研究中取得新进展


2015-12-10

花器官的排列一般有轮状和螺旋状两种方式。在轮状排列时,花器官的数目在种内基本固定;但在螺旋状排列时,花器官的数目往往不固定,表现出种内甚至个体内的变异,说明花的基本结构具有可塑性。导致花器官数目和花基本结构不固定的原因和机制尚不清楚。中国科学院植物研究所孔宏智研究组以毛茛科大马士革黑种草(Nigella damascena)为研究材料,对这一问题进行了探讨。

研究人员发现,在大马士革黑种草的花中,花器官的总数在个体间和个体内均表现出很大差异;各类花器官的数目都不固定,其中雄蕊数目的变异最大,是决定花基本结构的主要因素。进一步研究发现,一朵花中花器官的总数主要由花原基的初始大小决定,而各类花器官的数目由相应花器官身份决定程序的功能范围决定。通过研究各类花器官身份基因的表达模式和功能,研究人员揭示了各类花器官的身份决定程序及其功能范围不固定的原因:各个花器官在花原基上由外向内依次发生,外部器官长得很大时内部器官尚未发生;大多数花器官身份基因的表达是高度动态的,表达的范围和剂量在不同的发育阶段有所不同;不同类型的花器官对同一基因表达量的需求不同,表达量的少许改变就足以改变器官的身份;各类花器官身份基因之间存在复杂的调控关系,一个基因的表达变化往往能够引起连锁反应;部分花器官身份基因还能够影响不同类型花器官之间的界限。

上述结果表明,花器官身份决定程序是高度动态和可塑的,而且这种可塑性在螺旋状花中表现得尤为明显;花从螺旋状向轮状的转变,则可能与这种可塑性的降低有关。该研究还对长期以来颇有争议的A功能基因和花器官瓣化的原因等问题进行了澄清,其结果对于理解花基本结构的可塑性和花部性状进化的分子机制具有重要意义。

该研究于12月8日在线发表在Nature Plants期刊上。孔宏智研究组博士生王培培、廖虹和博士毕业生张文根为该文的并列第一作者。该研究得到了国家自然科学基金和中科院创新交叉团队项目的资助。

文章链接:

  http://www.nature.com/articles/nplants2015188


大马士革黑种草花发育MADS-box基因沉默之后的表型及各类花器官的数目