作者:朱汉斌 周飞 来源:中国科学报 发布时间:2020/11/17 8:43:13
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兜兰种子木质素合成调控其萌发机制研究获揭示

 

中国科学院华南植物园农资中心副研究员房林和硕士生徐新等科研人员,在兜兰种子木质素合成调控其萌发机制研究方面取得重要进展。相关研究近日发表于《BMC基因组学》。

兜兰属是兰科植物最重要的属之一,其唇瓣特化成兜状或拖鞋状,故又称为“拖鞋兰”“仙履兰”等。兜兰种子十分细小,且胚发育不完全,没有子叶和胚乳,在自然环境中需要与真菌共生才能部分萌发。在人工无菌播种中虽然提供了必要的矿质元素和其它营养物质,绝大部分兜兰的成熟种子也难以萌发。

是什么因子影响不同成熟度兜兰种子的萌发?研究人员对包括脱落酸在内的几种内源激素的功能进行了研究。结果显示,外源脱落酸处理仅能够抑制未成熟种子的萌发,而脱落酸抑制剂处理可以降低成熟种子内源脱落酸含量,但对萌发率无显著影响。而木质素的积累与兜兰种子萌发率的下降密切相关。

木质素是由芳香类化合物单体经过脱氢聚合反应形成的复杂网状结构。研究人员通过二维核磁、GC硫代酸解和红外光谱三种技术分析兜兰种胚中木质素的单体结构,结果显示不同于茎干等组织,兜兰种子中富含非甲基化木质素,而富含这种木质素的种皮具有强不透水性,阻止水份和营养物质进入种子内部从而阻止种子萌发。

为了进一步探索兜兰种皮中非甲基化木质素的合成通路,研究人员对不同发育程度下杏黄兜兰的种子进行了转录组分析。KEGG富集分析表明,种子成熟过程中,苯丙烷生物合成和苯丙氨酸代谢相关的大量基因被差异表达。PAL,4CL,HCT和CSE上调表达与C型和H型木质素积累有关。CCoAOMT,F5H和COMT的表达维持在低水平或下调以抑制G型和S型木质素的积累。

非甲基化木质素在兜兰种子中积累的独特生物学意义是什么?在野生状态下,兜兰种子需要与适宜的真菌共生才能萌发。而非甲基化木质素本身的结构是极其稳定的,在自然界中几乎只能被真菌降解。由此推测高度木质化的种皮是兜兰在野外状态下适应真菌共生的策略之一。

相关论文信息:https://doi.org/10.1186/s12864-020-06931-1

 
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