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                          控制水稻花葯和花粉發育關鍵基因克隆和功能研究
                          發表時間:2012-09-19 閱讀次數:24150次

                                 
                                 植物生殖結構爲人類提供了大量的食物來源,雄性不育引起的植物之間的雜交對於生物多樣性十分重要,並且雜交授粉可以極大地提高作物產量。開花植物的雄性生殖發育的顯著特徵是形成包括花葯在內的雄蕊,在花葯中減數分裂形成的小孢子可以發育爲成熟的花粉粒 ,小孢子和小配子的發生包含了一系列複雜的生理生化過程,包括細胞分裂、分化和凋亡等。但人們對控制作物花葯發育和花粉發生的分子機制知之甚少。
                          Tapetum Degradation Retardation (TDR)是水稻絨氈層發育和降解調控網絡中的重要因子,TDR基因編碼bHLH(basic Helix-Loop-Helix)類型的轉錄因子,可以直接控制胱氨酸蛋白酶的OsCP1(Cys Protease;半胱氨酸蛋白酶)的表達,揭示了細胞程序性死亡調節新機制Plant Cell,2006 ;Plant Physiology,2006 。另外,TDR可以通過直接控制OsC6等來影響脂類物質從花葯絨粘層分配到花粉表面控制花粉外壁的發育 ,OsC6重組蛋白具有結合脂類分子活性,減低OsC6表達水平後轉基因植物花粉育性減低Molecular Plant, 2008Plant Physiology, 2010 。另外 ,爲了從進化上了解TDR的功能 ,我們發現TDR在擬南芥中直系同源基因ABORTED MICROSPORES (AMS)的突變可以影響549個基因的表達 ,並且AMS可直接與ABC transporter等基因的啓動子結合 ,當其中的一個ABC transporter 基因突變後出現雄性不育的表型 ,這項工作從系統生物學角度闡明瞭花葯發育的調控網絡The Plant Cell,2010】。

                                  CSA(Carbon Starved Anther)基因編碼Myb類型轉錄因子,具有控制光合產物從葉片(源)到花和種子(庫)中運輸的能力,csa突變體中蔗糖從葉片到花和花葯中運輸受阻 ,花葯敗育 ;並闡明CSA可從轉錄水平上控制單糖轉移酶等來控制光合產物從葉片(源)到花(庫)中的分配The Plant Cell,2010。CYP704B2編碼一個P450基因,主要在花葯絨氈層和小孢子中特異表達。cyp704b2花葯表面角質和花粉外壁孢粉素合成受阻 ,小孢子敗育 ;進化分析表明該基因廣泛分佈於苔蘚、裸子植物、被子植物等陸生植物中,暗示該基因可能與陸生植物適應陸地缺水環境密切有關;這項工作揭示了花葯外表面角質和花粉外壁孢粉素合成的新機制The Plant Cell,2010。MADS3是擬南芥ABC模型中C類基因AGAMOUS(AG)同源基因,mads3-4表現出後期花葯褐化、活性氧分子(ROS)水平異常升高、ROS平衡被改變、完全雄性不育等表型 ,這個工作闡明瞭MADS3可以通過改變ROS穩態來控制水稻花葯後期發育的新功能The Plant Cell,2011。

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