研究揭示调控种子发育关键基因功能分化

仙仙

近日，扬州大学教授陈忱研究组在《植物杂志》上发表最新研究成果。他们发现，两个同源基因OsFIE1和OsFIE2在水稻演化及调控种子发育过程中起到了重要作用，证实了它们在调控种子发育中的功能发生了分化。


粒重、穗粒数和有效穗数是水稻产量三要素。因此水稻籽粒的生长发育对水稻产量具有重要意义。此前已证实，OsFIE1和OsFIE2是参与调控水稻籽粒发育的关键基因，但人们对其演化机制和功能分化并不清楚。


研究组发现，OsFIE1是通过一次距今较近的OsFIE2复制事件产生的，只有稻族植物存在其同源基因；相较于OsFIE1以及其他PRC2成员，OsFIE2基因经历了显著的纯化选择。在胚乳中特异过量表达OsFIE1能够导致种子变小。


研究人员还发现OsFIE1突变对种子早期发育的影响较小，但出现籽粒显著变小、穗发芽明显增加；而OsFIE2突变导致胚乳细胞化过程受阻，无法获得纯合突变体。进一步分析表明，它们对一些贮藏蛋白合成以及光合作用基因的表达调控存在加性效应。


该研究证明了OsFIE1和OsFIE2在调控种子发育中的功能发生了分化，OsFIE1主要在种子发育后期发挥作用，而OsFIE2对胚乳早期发育特别是细胞化过程而言是必需的。研究结果将为改良作物籽粒大小和提高作物产量提供新的基因资源。（中国科学报记者李晨）