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促进被子植物种间遗传隔离的机制研究取得重要进展[图]

2019年07月10日 16:59:14字号:T|T

    物种之间的遗传隔离是维持一个物种不与其他物种混杂的关键,有多种因素可以导致物种间的遗传隔离。160年前,英国博物学家达尔文用实验验证了一种植物的花粉在与其他物种花粉的竞争中“胜出”的现象,即后来称为“同种花粉优先”的现象。这种现象非常重要,维护了物种的纯系遗传。然而,在过去的一个多世纪中,人们对这种现象的分子机制仍然知之甚少。

    蛋白质与植物基因研究国家重点实验室(北京大学)瞿礼嘉课题组发现,若将拟南芥的花粉与另一种与拟南芥亲缘关系很近的物种琴叶拟南芥的花粉一起共同授于拟南芥的柱头上,在小肽信号AtLURE1正常的植物中,拟南芥的花粉管被优先吸引,竞争性明显;而在缺失了AtLURE1信号的突变体植株中,拟南芥的花粉管被优先吸引的能力就显著降低。这表明,AtLURE1s并不是拟南芥雌性器官分泌的吸引雄方花粉管的唯一信号,而是一类通过增加自身花粉管竞争能力、促进与亲缘关系相近物种产生遗传隔离的信号(见附图);该研究结果赋予了AtLURE1新的生物学功能,为达尔文在160年前用实验验证了的“同种花粉优先”现象提供了分子机制层面的解释。

    该课题组进一步发现,拟南芥的雌性器官还可以分泌四个没有物种特异性的吸引花粉管的小肽信号,这几个小肽信号不仅可以吸引拟南芥的花粉管,还可以吸引其他近缘种如琴叶拟南芥和哈勒氏拟南芥的花粉管;他们把这四个没有物种特异性的小肽命名为XIUQIU(为“绣球”的汉语拼音,取自中国古代待嫁女子抛绣球选丈夫的典故)。这也解释了为什么在所有AtLURE1s基因被突变后,拟南芥的花粉管仍然能够找到胚珠、完成受精并产生种子。“绣球”小肽信号的发现极大地完善了小肽信号调控有花植物受精过程的作用模型。该研究成果近期在Science杂志发表。

左图:拟南芥AtLURE1s-PRK6小肽受体信号通路通过特异吸引自身花粉管穿出隔膜的作用,促进A. thaliana与近缘种A. lyrata的遗传隔离。右图:物种特异的吸引花粉管的小肽AtLURE1s与非物种特异的吸引花粉管的小肽XIUQIUs共同调控花粉管的导向过程。

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