生命学院汪颖研究组合作发现调控植物器官发生的保守分子模块

  • 葛艳花、汪颖 (生命科学学院)
  • 创建于 2022-11-18
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   在进化过程中,多细胞生物中的创新器官及结构层出不穷,在生物对环境的适应性上发挥了关键作用。植物登陆是植物进化史上的重大事件;随着植物从水生环境迁移到陆生环境,不同植物进化谱系进化出了独特的形态和解剖结构,这些新结构同时也赋予了植物探索新环境的能力。然而,它们的细胞学起源、发生的分子调控机制及未来演化趋势仍不清楚。鉴于不同类群之间基因组成的高度相似性,可以推测新结构很有可能起源于已有结构,而其产生和发育很可能是基于对已有调控途径和调节因子的重新利用。

1118日,中国科学院大学生命科学学院汪颖课题组与中国科学院遗传与发育生物学研究所焦雨铃课题组在Science Advances合作发表了题为“A conserved module in the formation of moss midribs and seed plant axillary meristems”的研究论文,揭示了小立碗藓叶片中脉和拟南芥腋芽这两种结构背后的保守分子发育模块。小立碗藓叶片中脉作为一种支撑和运输结构,和表面毛细运输作用共同介导苔藓植物水分传导、提高水分运输效率。种子植物的叶腋分生组织(腋芽)可以形成侧枝,形成新生长轴;侧枝结构的多少决定植物整体结构并影响果实或种子产量。本研究发现二者解剖结构虽截然不同,却有着共同的调控发生发育的分子机制。在该项工作中,研究者结合分子遗传学、激光共聚焦显微成像、转录组测序分析和外施激素及化学药物等多种手段,对非同源器官形成的细胞学过程进行了细致的跟踪和比较分析,发现在种子植物和苔藓植物中,腋芽发生和叶片中脉形成这两个发育过程的共同主题在于细胞分裂,而GRAS家族转录因子LATERAL SUPPRESSORLAS)通过调控细胞分裂促进了这两种非同源结构的形成。这项工作通过揭示LAS在细胞分裂这一细胞学过程中的调控角色,为阐释器官起源和进化的分子机制提供了新的视角和有力佐证,也提出了一个普遍性机制,即保守分子调控模块在进化过程中的整体传承和重新调用,是创新性器官和结构形成的基础。

博士后葛艳花和博士生高祎为该论文的共同第一作者,汪颖副教授和焦雨铃研究员为论文的共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金委员会、科技部重点研发计划、中央高校基础科研基金等项目的资助。


1. 小立碗藓LAS(上)和拟南芥LAS(下)通过影响细胞分裂分别调控叶片中脉(上)和侧芽(下)形成


2LAS基因突变影响小立碗藓中脉形成和叶片伸展


 
3. LAS基因影响小立碗藓叶片细胞分裂活性


4 LAS基因突变通过阻碍细胞分裂影响拟南芥腋芽发生

责任编辑:谭莹莹