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    我院萬向元教授團隊在植物發育理論研究領域取得重要進展

    發布時間:2020-05-21 16:18:32   作者:
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    植物生殖發育是發育生物學的重要研究方向。植物脂類作為細胞結構組分360彩票大厅、能量分子、信號分子和表面保護層(如角質360彩票大厅360彩票大厅、蠟質和軟木脂等),影響細胞伸長和器官大小、植物的油份含量、單倍體和愈傷組織誘導以及營養和生殖器官的角質層形成,因此在發育理論研究和育種應用領域都具有重要價值。雄花發育過程中脂質代謝的紊亂會導致花藥角質層、花粉外壁和花藥亞細胞器膜的發育異常,從而引起細胞核雄性不育。通過雄性不育基因及其突變體,建立作物新型工程不育化雜交育種和制種技術體系360彩票大厅360彩票大厅,可以提高育種效率360彩票大厅、降低制種成本、提高制種純度和產量,為保障我國糧食安全提供技術支撐。


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    圖1. 脂質代謝參與植物花藥和花粉發育的遺傳與生化網絡

    近期,我院萬向元教授團隊在脂質代謝參與植物生殖發育的研究方面取得了重要進展。該團隊基于最新的研究成果和生物信息學分析,對脂質代謝及其相關基因的作用進行了系統梳理和深度總結,重構了植物花藥和花粉發育的遺傳與生化網絡(圖1),預測了125個可能參與雄花發育的脂質代謝新基因,為植物生殖發育理論研究提供了重要參考。同時360彩票大厅,還分析了脂質代謝在作物基因編輯、單倍體誘導、遺傳轉化效率提高、雜交育種和制種等領域的應用策略,有望推動我國生物農業和分子育種的發展360彩票大厅。該研究成果于5月17日在線發表于Cell旗艦子刊《Molecular Plant》上。

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    圖2. MHZ1突變體的乙烯不敏感表型、磷酸傳遞與乙烯受體的互作驗證

    此外360彩票大厅,植物激素乙烯在水稻適應淹水過程中發揮了至關重要的調控作用360彩票大厅,但學界對其信號轉導機制認知還有待提高360彩票大厅。我院萬向元教授團隊與中科院遺傳與發育所張勁松和陳受宜研究員團隊合作360彩票大厅,通過解析水稻乙烯反應突變體mhz1(貓胡子),鑒定得到一個正調控水稻根部乙烯反應的重要信號組分MHZ1360彩票大厅360彩票大厅。該基因編碼一個組氨酸激酶蛋白OsHK1與乙烯受體互作通過雙組份磷酸傳遞通路介導水稻根部乙烯反應。該工作首次揭示了水稻根中存在的一條新的乙烯信號傳遞途徑(圖2),為作物耐澇性遺傳改良提供了新的理論支持。上述研究成果于近期發表在Nature子刊《Nature Communications》上。

    我院生物與農業研究中心自2016年12月成立以來,在學校的大力支持下360彩票大厅,引進了一批優秀人才360彩票大厅,在生物農業領域承擔了30多項國家和省部級科研項目360彩票大厅,取得了一系列重要成果,在Nature Communications, Molecular Plant, PNAS,Plant Cell, Plant Biotechnology Journal等國際著名期刊上發表了30多篇高水平學術論文,培養了“萬人計劃”領軍人才、北京市有突出貢獻人才專家、北京市青年拔尖人才等一批優秀青年人才,為我院生物農業學科建設做出了貢獻。此次相關研究工作也得到了國家自然科學基金360彩票大厅、國家轉基因重大專項360彩票大厅、國家重點研發計劃、中央高?;究蒲袠I務費360彩票大厅、國家“萬人計劃”人才項目和北京市科技計劃項目等聯合資助。

    原文鏈接:

    1. Xiangyuan Wan#*, Suowei Wu#, Ziwen Li, Xueli An, Youhui Tian. (2020) Lipid Metabolism: Critical Roles in Male Fertility and Other Aspects of Reproductive Development in Plants. Molecular Plant, DOI: https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.05.009, https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(20)30144-1

    2. Kai-Xuan Duan#, He Zhao#, Biao Ma#*, Cui-Cui Yin, Jian-Jun Tao, Yi-Hua Huang, Wu-Qiang Cao, Hui Chen, Chao Yang, Zhi-Guo Zhang, Si-Jie He, Wan-Ke Zhang, Xiang-Yuan Wan, Tie-Gang Lu, Shou-Yi Chen*, Jin-Song Zhang*. (2020) Histidine kinase MHZ1/OsHK1 acts immediately downstream of ethylene receptors to regulate root growth in rice. Nature Communications, 11:518, https://www.nature.com/articles/s41467-020-14313-0



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