MADS29是控制水稻(Oryza sativaL.)種子飽滿程度的基因, 它通過調(diào)控母體組織細(xì)胞退化和維持體內(nèi)激素平衡來影響種子發(fā)育. 水稻異倍性雜交往往產(chǎn)生敗育種子, 為了探討MADS29等種子發(fā)育相關(guān)基因是否參與其調(diào)控, 近期來自四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所等處的研究人員以4份水稻材料構(gòu)建4個自交組合(對照)和8個雜交組合(正反交), 對花粉粒育性、花粉管萌發(fā)及伸長、種子發(fā)育及MADS29等相關(guān)基因表達進行分析.
研究人員發(fā)現(xiàn)在水稻異倍性雜交中, MADS29高表達, 生長素基因和母體組織PCD相關(guān)基因表達上調(diào), 淀粉合成相關(guān)基因表達下調(diào), 導(dǎo)致胚乳發(fā)育異常、種子敗育, 說明MADS29的高表達導(dǎo)致異倍性雜交種子敗育, 是一種有別于二倍體水稻種子發(fā)育的新型調(diào)控方式.
目前水稻中共報道有75個MADS-box基因, MADS29屬于Ⅱ型MADS-box基因中的MIKCC型. 大多數(shù)MADS-box蛋白都可與CArG-box特異性結(jié)合, 而CArG-box常出現(xiàn)在MADS-box蛋白靶標(biāo)基因的啟動子區(qū)域. MADS-box轉(zhuǎn)錄因子是同源異型基因, 已經(jīng)被證明在花器官的發(fā)育中起著重要的調(diào)節(jié)作用, 參與ABC調(diào)控模式.
先前研究表明, MADS29在種子中轉(zhuǎn)錄積累. zui近研究發(fā)現(xiàn), MADS29主要在水稻種子的珠心、珠心突起處以及胚珠維管束表達. 它通過維持體內(nèi)激素平衡和調(diào)節(jié)母體組織細(xì)胞程序性死亡(programmed cell death, PCD)來影響胚乳發(fā)和籽粒灌漿.
進一步研究發(fā)現(xiàn), MADS29直接與編碼半*(Cys)蛋白酶和核苷酸結(jié)合位點-富含*重復(fù)序列(nucleotide-binding site-leucine rich repeat, NBS-LRR) 蛋白基因的啟動子結(jié)合, 從而影響母體組織細(xì)胞程序性死亡. Nayar等人研究發(fā)現(xiàn), MADS29的生物學(xué)功能可能不僅如早期報道的那樣只調(diào)控轉(zhuǎn)錄和翻譯水平, 它還通過MADS29單體之間和MADS29與其他MADS-box蛋白相互作用在翻譯后水平上起作用.
在這篇文章中，研究人員采用石蠟切片對水稻2n與4n自交及雜交種子胚乳發(fā)育進行了觀察, 并通過qRT-PCR技術(shù)分析了MADS29等相關(guān)基因在2n與4n自交和雜交種子中的表達模式, 旨在探明水稻異倍性雜交種子敗育與MADS29等相關(guān)基因的關(guān)系, 為水稻近緣野生種的合理利用提供依據(jù).
具體來說，研究人員以4份水稻材料(2個二倍體; 2個四倍體)構(gòu)建4個自交組合(對照)和8個雜交組合(正反交), 對花粉粒育性、花粉管萌發(fā)及伸長、種子發(fā)育及MADS29等相關(guān)基因表達進行分析.
結(jié)果表明: (1) 異倍性雜交均可正常受精, 但雜交種子敗育; (2) 石蠟切片結(jié)果顯示, 授粉后3 d(3 day after pollination, 3 DAP), 與對照相比, 4n×2n胚乳已進入細(xì)胞化時期, 但細(xì)胞數(shù)量較少; 而2n×4n胚乳處于合胞體時期, 游離核周圍未形成細(xì)胞壁, 胚乳細(xì)胞化時期滯后; (3) 實時熒光定量PCR(qRT-PCR)表明, 6 DAP和8 DAP, MADS29、生長素基因和母體組織細(xì)胞程序化死亡(PCD)相關(guān)基因的相對表達量在雜交種子中均明顯高于對照; 淀粉合成基因在雜交種子中的相對表達量顯著低于對照.
這一實驗結(jié)果表明, 在水稻異倍性雜交中, MADS29高表達, 生長素基因和母體組織PCD相關(guān)基因表達上調(diào), 淀粉合成相關(guān)基因表達下調(diào), 導(dǎo)致胚乳發(fā)育異常、種子敗育, 說明MADS29的高表達導(dǎo)致異倍性雜交種子敗育, 是一種有別于二倍體水稻種子發(fā)育的新型調(diào)控方式.
