葛良法课题组揭示MtKIX8调控蒺藜苜蓿螺旋果荚形态建成的机制

来源单位及审核人:林学与风景园林学院 陈晓梅编辑:李彦华审核发布:陈芃辰 发布时间:2024-03-22

近日,葛良法教授/黄巍教授团队在国际经典植物学杂志Plant Physiology在线发表了题为“KINASE-INDUCIBLE DOMAIN INTERACTING 8 regulates helical pod morphology in Medicago truncatula”的研究论文。本研究不仅发现了MtKIX8的新功能,也揭示了苜蓿属螺旋果荚形成的机理模型。

荚果是由单心皮发育形成的果实,也是豆科植物所特有的果实,能起到保护种子的作用。在长期进化的过程中,荚果演化出了多种形态的,以适应不同的种子传播机制。根据形态特征,果荚可大致分为三类,即直型果荚、螺旋果荚和扭曲果荚。当果荚的腹缝线和背缝线的生长速率相对一致时,果荚表现为直型(例如大豆);而当背缝线生长显著快于腹缝线区域时,果荚弯曲生长,呈现螺旋果荚形态。这两种果荚形态存在于大部分豆科植物中。若螺旋果荚的背缝线或腹缝线的生长速率比例严重失调,果荚无法沿着同一个手性方向螺旋生长,就会呈现扭曲的异常螺旋,称为扭曲果荚(ear-like)。这种果荚主要存在于大叶相思(Acacia auriculaeformis)、象耳豆(Enterolobium cyclocarpum)等含羞草分支(mimosoid clade)植物中。

虽然有管螺旋果荚的形态学研究已有报道,但相关的遗传机理还并不清楚。蒺藜苜蓿(Medicago trunctula)是豆科模式植物,具有天然的螺旋状果荚,是研究植物器官螺旋的理想材料。研究者在筛选与器官大小调控因子BIG SEEDS 1 (BS1)互作蛋白的过程中,得到一个与BS1互作的转录因子MtKIX8。MtKIX8是拟南芥AtKIX8/9、番茄SlKIX8/9、大豆GmKIX8/9、豌豆PsBIO以及百脉根LjBIO的同源基因。该基因广泛参与了被子植物器官大小及花瓣内部不对成性的发育调控。研究者在蒺藜苜蓿突变体库中筛选到了两个mtkix8等位突变体,其果荚在发育过程中,不能形成规则且致密的螺旋状结构,手性也会发生改变。通过组织细胞学研究,研究者发现mtkix8突变体果荚腹缝线区域的细胞数目、形态及大小均存发生了明显改变。进一步的研究表明,MtKIX8在果荚腹缝线区域的表达显著高于背缝线区域,并通过协调腹缝线和背缝线区域的生长速率决定果荚的最终形态。本研究不仅发现了MtKIX8的新功能,也揭示了苜蓿属螺旋果荚形成的机理模型。

不同形状果荚形态建成模型

注:VS, 腹缝线;DS, 背缝线

我校林学与风景园林学院已出站博士后余倩霞和生命科学学院博士研究生杜欢为该论文共同第一作者。葛良法教授和黄巍教授为论文共同通讯作者。林学与风景园林学院黄圆圆、雷虓、吴雪婷和姜佳雨同学参与了本研究。该研究得到了国家自然科学基金(31771345)和广东省基础与应用基础研究基金自然科学基金(2021A1515110137、2023A1515012632)等项目的支持。

相关论文信息:https://doi.org/10.1093/plphys/kiae170


文图/林学与风景园林学院

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