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破解百年難題！福建農(nóng)林大學(xué)再登Science，碩士生共同一作

時(shí)間：2024-04-07 來源：瀏覽：

破解百年難題！福建農(nóng)林大學(xué)再登Science，碩士生共同一作

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2024年4月5日， 福建農(nóng)林大學(xué) 吳雙教授團(tuán)隊(duì) 在 Science 期刊在線發(fā)表了題為 “ HD-Zip proteins modify floral structures for self-pollination in tomato （番茄通過調(diào)控HD-Zip蛋白的表達(dá)促進(jìn)閉花授粉結(jié)構(gòu)的形成）” 的研究論文， 在番茄上首次解析植物通過形成特殊表皮毛，改變花的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變授粉方式的分子機(jī)制。

福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院、未來技術(shù)學(xué)院為第一單位 。福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院、未來技術(shù)學(xué)院 吳雙教授 為本文 通訊作者 ，福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院 博士后吳敏亮 、 畢業(yè)碩士研究生邊欣欣 和 在讀碩士研究生黃奔奔 為論文 共同第一作者 。該研究得到國家自然科學(xué)基金的資助。

本研究 首先發(fā)現(xiàn) 現(xiàn)代栽培番茄的花藥邊緣形成了一類特殊的表皮毛結(jié)構(gòu)，通過 相互鉸鏈 ，形成一個(gè) 類似拉鏈的結(jié)構(gòu) ，將相鄰的花藥緊緊鎖住，形成密閉的花藥桶結(jié)構(gòu)。通過遺傳篩選，研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)控制番茄表皮毛的關(guān)鍵調(diào)控因子發(fā)生負(fù)顯性突變時(shí)，番茄閉花授粉結(jié)構(gòu)被破壞，花藥散開的現(xiàn)象。研究人員進(jìn)一步鑒定到此負(fù)顯性突變影響的多個(gè)關(guān)鍵基因。這些關(guān)鍵基因同屬于一類可以激活下游基因表達(dá)的HD-Zip IV轉(zhuǎn)錄因子。它們不但在番茄花藥鎖扣表皮毛起始細(xì)胞中高表達(dá)，并且通過蛋白濃度劑量效應(yīng)調(diào)控鎖扣表皮毛的起始和核內(nèi)復(fù)制。有趣的是，這些HD-Zip IV轉(zhuǎn)錄因子同時(shí)也在花柱的頂部區(qū)域高表達(dá)，同樣通過濃度劑量調(diào)控花柱細(xì)胞的核內(nèi)復(fù)制，進(jìn)而促進(jìn)花柱的極性伸長。

在還未真正變成番茄的近緣茄科植物類番茄中，花藥邊緣的鎖扣表皮毛還未進(jìn)化，完全缺失。當(dāng)進(jìn)化到野生番茄（潘那利番茄）時(shí)，其花藥邊緣開始形成早期的鎖扣表皮毛，但這類簡單的早期鎖扣表皮毛不足以促進(jìn)花藥閉合。通過馴化，鎖扣表皮毛在現(xiàn)代番茄中逐漸成熟和復(fù)雜化，最終促進(jìn)形成閉合的花藥桶結(jié)構(gòu)。而這一過程與HD-Zip IV轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)量緊密關(guān)聯(lián)。在番茄花柱中，研究人員發(fā)現(xiàn)HD-Zip IV轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控花柱長度決定因子Style 2.1的空間表達(dá)。因此推測在番茄進(jìn)化早期，HD-Zip IV轉(zhuǎn)錄因子時(shí)空表達(dá)的改變促進(jìn)番茄花藥形成閉合結(jié)構(gòu)，但同時(shí)也促進(jìn)花柱伸長外露。在這個(gè)階段，由于野生番茄中的自交不親和尚未解除，自花授粉難以發(fā)生，這樣的花結(jié)構(gòu)使得野生番茄仍然能夠通過昆蟲傳粉完成受精和繁殖。當(dāng)自交不親和性狀突變?nèi)笔Ш螅藶轳Z化傾向于篩選具有Style 2.1突變的后代，形成花柱內(nèi)縮,以及花藥桶緊閉的完全閉花授粉結(jié)構(gòu)。

該研究解析了植物通過調(diào)控表皮毛的發(fā)育改變花器官的結(jié)構(gòu)， 這可為未來改造植物授粉方式，增加結(jié)實(shí)率和提高植物的逆境適應(yīng)力，以及未來轉(zhuǎn)基因作物的安全控制提供重要參考。

福建農(nóng)林大學(xué) （Fujian Agriculture and Forestry University），簡稱“福建農(nóng)林大” ，位于福建省會(huì)福州市，是一所以農(nóng)林學(xué)科為優(yōu)勢和特色，由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、國家林業(yè)和草原局、福建省人民政府三方共建，是福建省一流大學(xué)建設(shè)高校、福建省重點(diǎn)建設(shè)三所高水平大學(xué)之一。福建農(nóng)林大學(xué)創(chuàng)建于1936年，是在福建協(xié)和大學(xué)農(nóng)科和福建省立農(nóng)學(xué)院基礎(chǔ)上建立。1952年，原廈門大學(xué)農(nóng)學(xué)院和福州大學(xué)農(nóng)學(xué)院合并成立福建農(nóng)學(xué)院。2000年10月，原福建農(nóng)業(yè)大學(xué)和原福建林學(xué)院合并組建新的福建農(nóng)林大學(xué)。

截至2023年11月，學(xué)校校園占地4900余畝；設(shè)有22個(gè)學(xué)院和1個(gè)獨(dú)立學(xué)院，開設(shè)本科招生專業(yè)80個(gè)；擁有11個(gè)博士后科研流動(dòng)站，12個(gè)一級學(xué)科博士點(diǎn)，26個(gè)一級學(xué)科碩士點(diǎn)，17個(gè)碩士專業(yè)學(xué)位授權(quán)點(diǎn)；有本科生2.5萬余人，研究生1萬人；10個(gè)學(xué)科進(jìn)入ESI排名全球前1%。

吳雙教授

吳雙教授 是福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院和未來技術(shù)學(xué)院的教授,園藝一級學(xué)科帶頭人, 國家良種聯(lián)合攻關(guān)青梗菜項(xiàng)目首席專家 。他主要從事蔬菜生長發(fā)育調(diào)控與環(huán)境適應(yīng)方面的研究工作。吳雙教授在作物生理和分子生物學(xué)領(lǐng)域發(fā)表了多篇高水平論文,并在 Science、Nature 等國際知名期刊上發(fā)表了相關(guān)研究成果。他主導(dǎo)了一些國家級科研項(xiàng)目,在蔬菜生長發(fā)育調(diào)控與環(huán)境適應(yīng)等方面做出了重要貢獻(xiàn)。

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本文來源：福建農(nóng)林大學(xué) 等，版權(quán)屬于原作者，僅用于學(xué)術(shù)分享