異型花柱植物自交發育信號首次發現

2020-08-14 光明網

記者8月12日從中國科學院昆明植物研究所獲悉,我國科學家在異型花柱植物交配系統演變研究中取得重要進展。國際分子進化生物學領域頂級期刊《分子生物學與進化》在線發表了這一成果。

異交向自交的轉變,通常被認為是被子植物交配系統演變的整體趨勢。在被子植物中,約有10%—15%的物種呈高度自交,已有的研究證據表明這些星散分布的自交物種多數是從其異交的祖先類群中經過多次獨立分化而來。

中國科學院昆明植物研究所李德銖研究組和王紅研究組多年來關注異型花柱植物種群生態學和進化遺傳學研究,發展了具異型花柱的滇丁香屬、報春花屬等日趨成熟的研究模式。此前,該團隊周偉副研究員等在交配系統演化及其生態和遺傳效應等熱點問題的研究中取得了一系列重要成果。

研究團隊日前以報春花屬為研究對象,藉助這個類群內單基因突變誘發同型花柱發生的特殊機制,利用同型花柱起源與交配系統轉變同步發生的特性,針對不同轉變時間尺度下的組學數據,種間選擇60個葉綠體基因組和12個轉錄組,種內使用12個葉綠體基因組和13個轉錄組,深入解析了交配系統由異交向自交轉變的遺傳和分子進化效應。

研究表明,在異型花柱類群中伴隨著同型花柱的出現和自交發生,近期衍生的自交物種呈現明顯的基因組自交症候群,蛋白編碼區內核苷酸遺傳多樣性及雜合度顯著降低;種間分異及種下多態位點上均呈現更高的非同義與同義替代速率,暗示自交物種在近中性突變位點上受到相對低效的負選擇作用;而極度有害突變比例下降,則預示清除效應在自交物種中更為明顯;自交物種的適應性進化速率呈現下降趨勢。

這項研究首次在不同進化時間尺度上檢測到異型花柱植物類群的基因組自交症候群發育信號,並首次發現交配系統轉變過程中遺傳與表型症候群的理論建成順序,這些重要發現,為植物交配系統轉變在基因組水平上的遺傳和分子進化效應提供了充分且詳實證據。(記者趙漢斌)

相關焦點

  • 科研|異型花柱植物自交發育信號首次發現
    《科技日報》記者8月12日從中國科學院昆明植物研究所獲悉,我國科學家在異型花柱植物交配系統演變研究中取得重要進展異交向自交的轉變,通常被認為是被子植物交配系統演變的整體趨勢。在被子植物中,約有10%~15%的物種呈高度自交,已有的研究證據表明這些星散分布的自交物種多數是從其異交的祖先類群中經過多次獨立分化而來。
  • 昆明植物所等在異型與同型花柱演化關係研究中獲進展
    異型花柱(heterostyly)一直被認為是植物繁育系統最經典的研究模式。為了實現高效的繁育功能,異型花柱植物巧妙地組合了雌雄器官的空間布置和生理親和性,將動物介導的花粉散布過程優化到極致。1877年,達爾文發表《同種植物的不同花型》這部開創性的著作時就介紹了「異型花柱」植物擁有的這一奇特而優雅的繁育系統式樣。
  • 我國科學家首次發現植物雌雄識別的分子機制(圖)
    近日,中國科學院遺傳與發育生物學研究所楊維才研究組找到了破解這些奧秘的「鑰匙」——首次分離出花粉管識別雌性吸引信號的受體蛋白複合體,並揭示出信號識別和激活的分子機制。這一發現揭開了被子植物生殖繁衍的謎團,更重要的是為雜交育種開闢了一片新天地。這一成果發表於近期的《自然》雜誌。
  • 紫薇異型雄蕊:我負責貌美如花,你負責傳宗接代,可好?
    屬名Lagerstroemia 取自人名,是瑞典生物學家林奈(Carl von Linné)為了紀念一個朋友而首次給紫薇屬命名的。indica是印度的意思,林奈大師誤以為紫薇來自印度,所以給它命名Lagerstroemia indica。
  • 【生物多樣性百科】種子植物·九翅豆蔻:「雨林皇后」的繁殖秘密
    今天的美麗雲南——生物多樣性百科,要帶大家了解的是種子植物·九翅豆蔻。中國科學院西雙版納熱帶植物園科學家在2007年發現了九翅豆蔻結果的故事,揭開了它的繁殖秘密。  姜科植物具有無性繁殖的能力,它能夠通過根部快速繁殖,佔領空間,但無性繁殖會降低姜科植物抵抗惡劣環境的能力。  為了保險起見,姜科植物的花選擇相互授粉,儘量避免自交,或者避免兄弟姊妹間的授粉,最大限度降低自交的機率,有效促進異交,以提高種子的遺傳多樣性。
  • 多個有害突變導致馬鈴薯自交衰退—新聞—科學網
    本報訊(記者李晨)自交衰退在異花授粉植物中是一種普遍存在的現象:在進行連續多代自交後,會出現生理機能的衰退,表現為生長勢減弱
  • 植物雌蕊頂端模式建成和功能特化的調控新機理
    通過基因組複製,SSS從無油樟等基部被子植物內的單一拷貝演化成一個多成員基因家族。擬南芥中該家族由SSS1、SSS2和SSS3組成,三者分別在花柱傳輸組織、柱頭和花柱基本組織中優勢表達,進而協同控制雌蕊頂端模式建成。SSS1、SSS2和SSS3中任一者的過表達均可導致雌蕊頂端異常,突出地表現為花柱縮短。與此相反,SSS家族基因的功能缺失則導致花柱增長。
  • 植物開花結果的特性是怎樣的?沒有花的植物又是怎樣結果的呢?
    花是被子植物所特有的有性生殖器官,由花芽發育而成,是形成雌性生殖細胞和雄性生殖細胞,並進行有性生殖的場所。接下來就來看看詳細的介紹吧!位於花的中央,是一朵花內所有雌蕊的總稱,由心皮卷合發育而成;心皮是適應生殖的變態葉,它是組成雌蕊的基本單位。每個雌蕊由柱頭、花柱和子房三部分組成。柱頭是雌蕊頂端膨大的部分,可接受花粉;花柱連接柱頭和子房,是花粉粒在柱頭萌發後花粉管進入子房的通道;子房是雌蕊基部膨大的部分,由子房壁、胎座、胚珠組成,胚珠是種子的前身。
  • 梨樹為何不願「近親結婚」 花粉管中暗藏梨自交不親和性的秘密
    梨樹為何不願「近親結婚」 花粉管中暗藏梨自交不親和性的秘密 來源:科技日報   發布者:ailsa   日期:2018-05-07   今日/總瀏覽:1/6386
  • 遺傳發育所發現植物雌雄識別分子機制助力雜交育種
    植物受精需要精子和卵細胞的結合,而精子能否被及時地傳遞到卵子是受精的關鍵。在被子植物中,精子是通過花粉管來傳遞的,但花粉管是如何將精子傳遞到卵子的呢?這是植物生殖生物學幾十年來關注的主要問題。
  • 研究發現植物抗病與發育激素交互作用新機制
    over growth by interfering with gibberellin signaling cascade」的文章,發現了抗病與發育激素的交互作用的新機制,為抗病及高產協調的農作物設計育種提供了思路。
  • 中國科學家首次發現被子植物中由水介導的受精系統
    新華網昆明5月22日電(記者 張東強)中國科學家在姜科植物距藥姜(Cautleya gracilis)中首次發現了被子植物中由水介導的受精機制。該成果近日發表在國際植物學期刊《新植物學家》(《New Phytologist》)上。
  • 每日摘要:柑橘中自交不親和到自交親和的演化(Nature Plants)
    自交不親和(self-incompatibility,SI)是有花植物中防止自花受精和近親繁殖的重要機制。最廣泛使用的SI機制是利用S-核糖核酸酶(S-RNases)和S-locus F-boxes基因SLFs作為S決定因子。在柑橘中,SI是一個世傳的性狀,柚子(Citrus maxima)是自交不親和,而柑桔(Citrus reticulata)及其雜種是自交親和的。
  • 研究發現Hippo通路成員MOB1調控茉莉酸及植物發育的機制
    Hippo信號通路在調控動物細胞分裂、器官大小和腫瘤發生方面起重要作用,是當前動物和醫學領域的研究熱點,但是植物中相關研究還比較少。MOB1是該通路的核心成員,在酵母、動物和植物中高度保守。中國科學院植物研究所程佑發研究組前期發現擬南芥MOB1A在生長素介導的植物生長發育過程中起重要作用(Cui et al., 2016, PLoS Genetics)。為了進一步揭示擬南芥MOB1基因家族的作用,研究人員採用了遺傳學、生化、細胞生物學和組學等手段,發現MOB1A與MOB1B在體內相互作用,具有相似的表達模式和蛋白亞細胞定位。
  • 自交和自由交配的區別
    1 概念上的不同1.1 自交  大多數植物沒有性別分化,為雌雄同株單性花或兩性花植物,像水稻
  • 遺傳發育所等發現增強子調控茉莉酸信號途徑的機理
    然而目前在植物中,如何界定特定基因的啟動子和增強子元件尚未明確,特定生理途徑中增強子的系統鑑定未見報導,增強子與啟動子之間染色質環的形成及其作用機理也不清楚。  中國科學院遺傳與發育生物學研究所李傳友研究組與王秀傑研究組、山東農業大學趙久海研究組合作,系統鑑定了參與茉莉酸信號途徑的增強子並揭示了其作用機理。防禦激素茉莉酸通過啟動全基因組範圍內的轉錄重編程調控植物免疫和適應性生長。
  • 美翻了,這幾種植物打造出來的藝術花柱,讓人忍不住點讚
    凝聚城市魅力 書寫城市精彩每到節日慶典,各商業街區,公園廣場,皆以花為飾,立體花柱更是繽紛奪目,今天我們一起來了解那些適合用作花柱裝飾的植物!矮牽牛打造的立體花柱,婉若遊龍,翩若驚鴻,成為城市中一道靚麗的風景線。#四季秋海棠四季秋海棠葉色光亮,花朵四季成簇開放,且花色多,花朵有單瓣及重瓣,是園林綠化中花壇、吊盆、栽植槽和室內布置的理想材料,深受園林綠化工作者及普通民眾的喜愛。
  • 山西大學教授研究組發現調控植物花葯發育和花粉成熟的新基因
    未來網高校頻道9月9日訊(記者 楊子健 通訊員 祁華)開花植物雄性生殖發育的顯著特徵是形成包括花葯在內的雄蕊。花粉發育從花葯孢原細胞的分化開始,經歷小孢子母細胞減數分裂、花粉壁形成、絨氈層退化、花粉有絲分裂等過程達到花粉成熟,隨後花葯開裂釋放出成熟花粉粒。這些過程相對獨立但彼此又緊密聯繫,並受眾多基因的調控。
  • 新疆生地所發現異型種子休眠類型的新組合
    種子異型性是指同一植株產生兩種或兩種以上種子類型的現象,是植物在不可預測環境下所採取的「兩頭下注」對策。已有研究結果表明,異型種子的休眠類型組合多數可能是「不休眠+非深度生理休眠」。其他的休眠類型組合還沒有明確報導。
  • 細胞分裂素信號調控玉米葉片發育模式
    葉片是大多數被子植物的主要光合器官,是光能捕獲和氣體交換的主要場所。玉米葉片是典型的草本植物葉片,長條形,邊緣平整。葉片發育形態早在莖尖分生組織的側葉原基出現時就已決定。當葉原基從分生組織邊緣出現時,決定葉形態建成極性生長的三個軸向就已確定:基-頂軸(葉基部-葉尖)、中-邊軸(葉主脈-葉緣)和腹-背軸(葉正面-葉背面)(Conklin et al., 2019)。