胚珠器官同源性問題找到突破口—新聞—科學網

2020-12-06 科學網

 

■本報記者 沈春蕾

種子植物胚珠器官同源問題是植物演化生物學最核心的科學問題之一，也是科學家重建包括化石類群在內的種子植物系統發育的基礎。然而，種子植物五大現生類群：蘇鐵、銀杏、松柏、買麻藤和被子植物的胚珠器官形態迥異，如何認識和理解它們的胚珠器官結構的同源性，一直是個懸而未決的難題。

日前，中國科學院南京地質古生物研究所博士史恭樂領銜的一個國際合作團隊，研究了產自蒙古國早白堊世地層的盔籽植物胚珠器官化石，據此提出了盔籽包裹種子的殼鬥同源問題的新觀點。史恭樂告訴《中國科學報》記者：「已絕滅的化石類群作為現生類群系統發育關係的『缺失環節』，是解決這一難題的關鍵。」

中生代種子蕨是一類已絕滅的種子植物，它們具有類似蕨類的葉片但同時又結有種子，種子被殼鬥不完全包被。包括盾籽植物、開通植物和盔籽植物在內的中生代種子蕨和二疊紀的舌羊齒類一起，被認為是了解種子植物系統發育和被子植物起源的關鍵類群。史恭樂說：「不同時期，它們都曾被當作被子植物的祖先類群或姊妹群，並由此衍生出被子植物心皮如何演化的不同假說。」

古植物學主流觀點認為，盔籽的殼鬥是一個葉性器官，種子著生於大孢子葉的背面（遠軸面）。而進化——發育生物學研究顯示，被子植物的胚珠更有可能著生於外珠被的腹面（近軸面）。

國際合作研究團隊根據大量處於不同個體發育階段的化石材料重建了盔籽植物胚珠器官的個體發育，並運用生物切片和同步輻射成像技術重建了胚珠器官的內部構造。

蒙古早白堊世的盔籽植物化石顯示：盔籽的種子三稜狀，倒生、著生在一個二歧分叉的生殖枝頂端或近頂端，生殖枝包在苞片的葉腋內。包裹種子的殼鬥是一個雜合的結構，包括著生種子的生殖枝和兩片葉性的側翼，三者分別覆蓋於三稜狀種子的三個側面。

史恭樂指出，一方面，盔籽生殖枝的二歧分叉結構和維管束解剖構造和現生銀杏非常相似；另一方面，倒生的種子和由生殖枝和側翼構成的殼鬥類似於原始被子植物類群具有雙層珠被的胚珠。所以，盔籽的生殖枝很有可能和銀杏的珠柄同源；殼鬥很有可能和被子植物的外珠被同源，而包裹生殖枝的苞片和被子植物的心皮很有可能是同源器官。

此前，分子譜系學重建的種子植物系統發育認為所有現生的裸子植物是一個單系類群，這一單系群和被子植物構成姊妹群。如果被子植物和現生裸子植物組成的單系類群是姊妹群，系統發育樹上，絕滅的盔籽植物的分異點很有可能在被子植物和現生裸子植物分歧點的附近。

《中國科學報》 (2016-08-01 第5版 創新周刊)

相關焦點

  • 中外團隊揭示被子植物受精過程關鍵機制—新聞—科學網
    經過多年努力，他們發現了被子植物阻止多個花粉管進入胚珠的分子機制。 論文第一作者、山東農業大學園藝科學與工程學院教授段巧紅告訴《中國科學報》，扮演這一重要角色的就是擬南芥FERONIA受體激酶。它在花粉管與胚珠相互作用中具有「雙重調控機制」：既負責調控花粉管進入胚珠後破裂從而釋放精細胞的機制；也負責阻止別的花粉管進入已經「名花有主」的胚珠。
  • BPCs抑制轉錄因子FUSCA3蛋白表達協調植物胚珠和種子的發育
    在開花植物中，雌配子體存在於胚珠中，在受精後形成胚芽發育成種子，而種子中含有的營養成分幾乎為我們提供了日常50%熱量攝入需求。但是，種子的生殖能力以及種子發育過程中受到多種環境脅迫因素的影響，例如高溫和乾旱都會負面影響胚珠造成胚珠敗育，最後對糧食生產造成重大經濟損失。鑑於全球氣候變化問題，環境脅迫導致的胚珠敗育頻率以及嚴重性都在不斷上升，因此研究胚珠的發育以及敗育機制是解決糧食安全的關鍵問題。
  • 一種茶樹花蛋白酶及其製備和應用獲發明專利—新聞—科學網
    此外，茶樹花蛋白酶製備步驟簡單、反應條件寬，與茶葉具有極高同源性，相比添加外源酶更具安全性與實效性。   版權聲明：凡本網註明「來源：中國科學報、科學網、科學新聞雜誌」的所有作品，網站轉載，請在正文上方註明來源和作者，且不得對內容作實質性改動；微信公眾號、頭條號等新媒體平臺，轉載請聯繫授權。郵箱：shouquan@stimes.cn。
  • 中外團隊揭秘黃瓜卷鬚背後的新型多功能轉錄因子 —新聞—科學網
    2010年，黃三文團隊開始從基因組學中尋找解決這一實際生產問題的答案，結果卻意外地解答了一百多年前困擾達爾文的一個基礎生物學問題。 1875年，達爾文在《攀爬植物的運動和習性》一書中發問：「葫蘆科植物卷鬚的同源器官是什麼？」
  • 螞蟻大腦也分區—新聞—科學網
    為了找到更多偏側化的證據，科學家專門訓練了紅蟻來做實驗。訓練方法與著名生理學家巴甫洛夫訓練狗的方法類似：每每收到特定信號，狗就被投餵食物。當向紅蟻展示藍色物體後，研究人員會用含糖液滴去碰它們的觸角。巴甫洛夫的狗形成條件反射後，再收到同樣的信號會流口水，螞蟻也有類似的張嘴動作，這意味著它們「口渴」了。
  • 每日摘要:黃瓜CsSPL基因作用於花葯和胚珠的生長發育
    花葯和胚珠發生是作物受精和果實產量的先決條件，然而目前對於花葯和胚珠的協調調控及底層的分子調控通路仍然不是了解得很清楚。本文發現在黃瓜花葯和胚珠發育缺陷的突變體中，SPL/NZZ基因的正常表達遭到破壞。CsSPL基因特異在黃瓜花葯和胚珠發育過程中表達。敲低CsSPL基因的表達會降低雄性和雌性的育性，同時產生畸形花粉，抑制胚珠的發育。
  • 新技術幫助研究人員量化有機體差異—新聞—科學網
    一個用SCOUT技術標記的類器官2維圖。圖片來源：Chung Lab/MIT Picower Institute 利用人類幹細胞培養的大腦類器官或「迷你大腦」，為科學家提供了了解人類神經發育和疾病的可操作實驗模型。但沒有兩個類器官是相似的，也沒有一個像真正的大腦。這個問題阻礙了科學的發展，使得有科學意義的定量比較難以實現。
  • 五眼「麒麟蝦」提供節肢動物進化新線索—新聞—科學網
    節肢動物的早期進化是演化生物學最具挑戰性的問題之一。雖然來自寒武紀（約5.41億~4.85億年前）的保存精美的化石提供了部分認知，但這一時期主要節肢動物種群之間的關係仍有待明確。系統發育研究認為奇蝦類是最接近真節肢動物的一類。 研究者描述了章氏麒麟蝦的六個化石樣本，這些化石發現於雲南的寒武紀早期澄江生物群。
  • 多名科學家寄語中國科學報和科學網—新聞—科學網
    ◆顧險峰（美國紐約州立大學計算機科學系、哈佛大學數學科學與應用中心教授 ） 在科學網，我撰寫了一系列的文章來解釋代數拓撲、微分幾何、共形幾何在計算機圖形學、視覺、幾何造型和醫學圖像領域的直接應用，特別是用最優傳輸理論的幾何觀點來解釋深度學習。科學網為我提供了優越的平臺，在這裡結識了人才，切磋了技藝，傳播了思想，找到了知音。
  • 新型抗小麥白粉病基因被找到—新聞—科學網
    相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cj.2020.09.012   版權聲明：凡本網註明「來源：中國科學報、科學網、科學新聞雜誌」的所有作品，網站轉載，請在正文上方註明來源和作者，且不得對內容作實質性改動；微信公眾號、頭條號等新媒體平臺，轉載請聯繫授權。郵箱：shouquan@stimes.cn。
  • 替代氮肥:生物固氮有了路線圖—新聞—科學網
    三步走實現關鍵技術突破 為此，該任務將聚焦生物固氮國際科技前沿，同時針對我國在基礎理論和技術方面存在的瓶頸問題開展關鍵核心技術研發。 北京大學教授王憶平建議，要考慮作物和固氮菌之間的匹配關係，以及氣候對固氮效果的影響，從中找到突破口。 張先恩則非常認同該項目引入分子進化、基因組學多組學平臺，來研究生物固氮這個複雜體系的設想。
  • 科學家建立血管化類腦器官培養新體系—新聞—科學網
    目前，與傳統的二維培養方法相比，三維類腦器官具有與人腦類似的發育特點和結構，能夠很好地模擬細胞類型不斷豐富的動態變化及神經環路形成等過程。因此，三維類腦器官近年來越來越多的應用於探究人腦早期發育的研究。 另外，類腦器官在探究腦疾病的病理機制和高通量藥物篩選等方面也展現出了廣闊的應用前景。
  • 因供體染癌,器官移植值不值?—新聞—科學網
    在接受了同一位捐贈者的器官移植後，4名受者在數年內先後患上乳腺癌，並造成其中3人死亡。 這個案例再次引發了對器官移植治療疾病價值的討論，以及如何能避免這種雪上加霜的後果。 器官移植受者因供體器官而染上癌症很少見，這也是貝梅爾曼斯從事器官移植20年來遇到的第一次。也許，這種情況會動搖人們對器官移植的看法和信念，不再願意接受器官移植。
  • 國內科學家找到突破口：100%死亡率將成歷史
    如今我們大多數人的生活已經開始趨向於小康水平，一個家庭的生活水平提升上來之後，那些喜歡養小動物的就會在自己的家中養上一隻兩隻小動物，最普遍的便是貓貓狗狗了，但是有了寵物之後，狂犬病就成為了最讓家裡人擔心的一個問題
  • 小麥育種 「骨幹親本」突破口找到了
    視覺中國供圖 據中國農科院最新消息，該院作物科學研究所小麥基因資源發掘與利用創新團隊，從新中國成立70年來我國育成的3000多個小麥品種中精選145份代表性品種進行重測序，揭示了其基因組重塑和優化的過程，為解析小麥育種「骨幹親本」找到了突破口
  • 聚焦中微子-新聞專題-科學網
    科學網作為以網絡社區為基礎構建起面向全球華人科學家的網絡新媒體，利用網絡平臺優勢，2012年3月8日第一時間網絡同步直播中微子實驗結果新聞發布會>；並於3月14日在網際網路上率先推出在線訪談《聚焦大亞灣中微子實驗》，邀請大亞灣反應堆中微子實驗項目主要參與人、中國科學院高能物理研究所研究員，科學網知名博主曹俊、邢志忠兩位老師同廣大網友交流。
  • 一種新方法找到讓人類和猩猩不同的腦區—新聞—科學網
    「要回答這些令人困惑的問題，就必須識別出基因組中所謂的被『正』選擇的部分。」SIB研究小組負責人、論文作者之一Marc Robinson-Rechavi表示，這個答案對解決進化問題非常有意義，最終也有助於生物醫學研究，因為它提供了一個關於基因如何運作的視角。 在該研究中，研究人員開發了一種能夠鑑定大腦中大量基因調控區域的新方法，這些區域在人類進化過程中被選中。
  • 失重或讓太空人血液倒流—新聞—科學網
    Marshall-Goebel介紹說，其中兩名太空人的血液是倒流的，這可能是因為失重導致胸部器官移位，壓迫了下方的靜脈。 在另外5名太空人中，這條靜脈的血液或多或少有些停滯。其中一名太空人體內，掃描顯示有一個血塊堵塞了血管。「這確實令人擔憂。如果血凝塊被帶到肺部，可能是致命的，為此這個人開始服用稀釋血液的藥物來分解它。」 Marshall-Goebel說。
  • 離黑洞最近的噴流,慧眼找到了!—新聞—科學網
    慧眼衛星首次探測到了能量在200keV以上的低頻準周期振蕩（圖片來源：中科院高能物理所） 慧眼衛星發現了離黑洞最近的噴流產生的準周期調製信號（圖片來源：中科院高能物理所）   版權聲明：凡本網註明「來源：中國科學報、科學網