MADS29是控制水稻(OryzasativaL.)种子饱满程度的基因,它通过调控母体组织细胞退化和维持体内激素平衡来影响种子发育.水稻异倍性杂交往往产生败育种子,为了探讨MADS29等种子发育相关基因是否参与其调控,近期来自四川农业大学水稻研究所等处的研究人员以4份水稻材料构建4个自交组合(对照)和8个杂交组合(正反交),对花粉粒育性、花粉管萌发及伸长、种子发育及MADS29等相关基因表达进行分析.
研究人员发现在水稻异倍性杂交中,MADS29高表达,生长素基因和母体组织PCD相关基因表达上调,淀粉合成相关基因表达下调,导致胚乳发育异常、种子败育,说明MADS29的高表达导致异倍性杂交种子败育,是一种有别于二倍体水稻种子发育的新型调控方式.
目前水稻中共报道有75个MADS-box基因,MADS29属于Ⅱ型MADS-box基因中的MIKCC型.大多数MADS-box蛋白都可与CArG-box特异性结合,而CArG-box常出现在MADS-box蛋白靶标基因的启动子区域.MADS-box转录因子是同源异型基因,已经被证明在花器官的发育中起着重要的调节作用,参与ABC调控模式.
先前研究表明,MADS29在种子中转录积累.最近研究发现,MADS29主要在水稻种子的珠心、珠心突起处以及胚珠维管束表达.它通过维持体内激素平衡和调节母体组织细胞程序性死亡(programmedcelldeath,PCD)来影响胚乳发和籽粒灌浆.
进一步研究发现,MADS29直接与编*****半胱氨酸(Cys)蛋白酶和核苷酸结合位点-富含亮氨酸重复序列(nucleotide-bindingsite-leucinerichrepeat,NBS-LRR)蛋白基因的启动子结合,从而影响母体组织细胞程序性死亡.Nayar等人研究发现,MADS29的生物学功能可能不仅如早期报道的那样只调控转录和翻译水平,它还通过MADS29单体之间和MADS29与其他MADS-box蛋白相互作用在翻译后水平上起作用.
在这篇文章中，研究人员采用石蜡切片对水稻2n与4n自交及杂交种子胚乳发育进行了观察,并通过qRT-PCR技术分析了MADS29等相关基因在2n与4n自交和杂交种子中的表达模式,旨在探明水稻异倍性杂交种子败育与MADS29等相关基因的关系,为水稻近缘野生种的合理利用提供依据.
具体来说，研究人员以4份水稻材料(2个二倍体;2个四倍体)构建4个自交组合(对照)和8个杂交组合(正反交),对花粉粒育性、花粉管萌发及伸长、种子发育及MADS29等相关基因表达进行分析.
结果表明:(1)异倍性杂交均可正常受精,但杂交种子败育;(2)石蜡切片结果显示,授粉后3d(3dayafterpollination,3DAP),与对照相比,4n×2n胚乳已进入细胞化时期,但细胞数量较少;而2n×4n胚乳处于合胞体时期,游离核周围未形成细胞壁,胚乳细胞化时期滞后;(3)实时荧光定量PCR(qRT-PCR)表明,6DAP和8DAP,MADS29、生长素基因和母体组织细胞程序化死亡(PCD)相关基因的相对表达量在杂交种子中均明显高于对照;淀粉合成基因在杂交种子中的相对表达量显著低于对照.
这一实验结果表明,在水稻异倍性杂交中,MADS29高表达,生长素基因和母体组织PCD相关基因表达上调,淀粉合成相关基因表达下调,导致胚乳发育异常、种子败育,说明MADS29的高表达导致异倍性杂交种子败育,是一种有别于二倍体水稻种子发育的新型调控方式.愚愚学园
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