山东省农业科学院谢先芝组：光敏色素是如何调控植物花药和花粉发育的

　　

光不仅是影响高等植物生长发育的一种重要的环境因子，而且也是一种重要的发育信号调控植物形态建成。光敏色素是调节植物多个发育过程的主要光受体，能够把外界的红光和远红光转变成生物体内的信号。然而，光敏色素介导植物繁殖的调控网络在很大程度上还是未知的。

在水稻中有phyA，phyB和phyC三种光敏色素。作者从宏观到微观分析了水稻光敏色素突变体相比于野生型发生的变化。作者采用DGE测序技术对phyA，phyB和phyA phyB三种突变体以及野生型水稻的花药转录组进行了比较分析，以鉴定出参与光敏色素介导花药发育的基因，每个组设置了3次生物学重复，共12份样本。

含单光敏色素基因突变体的水稻繁殖力不受影响，而含有phyA phyB双突变体的水稻结实率显著降低（见图1）。组织学和细胞学分析表明，phyA phyB突变体的繁殖力下降是由于花药和花粉发育缺陷导致。在phyA phyB突变体中四药室的发育阶段不同，花粉粒较少，其中大部分夭折。而在成熟阶段，双突变体中一个以上的药室仅有几个细胞层组成（见图2a，2b）。作者使用DGE测序比较分析了三种突变体和野生型水稻的花药转录组，其中对2,241个来自双突变体的特异性差异表达转录本的分析显示，代谢谱，特别是碳水化合物代谢，发生了重大变化，并且在双突变体中热激反应被激活（见图3a，3b）。

作者认为这些研究首次为光敏色素介导植物花药和花粉发育的复杂调控网络提供了新见解，也为杂交水稻育种提供了新线索。

 
图1 phyA，phyB单突变体，phyA phyB双突变体和野生型（WT）水稻的农艺性状

 
图2a phyA，phyB单突变体，双突变体和野生型（WT）水稻的花药

 
图2b 透射电镜分析phyA，phyB单突变体，双突变体和野生型（WT）水稻的花粉粒

 
图3a 比较与验证phyA，phyB单突变体，双突变体和野生型（WT）水稻的花药转录图谱

 
图3b phyA，phyB突变体中差异表达转录本的代谢谱

参考文献

W Sun，XH Xu，X Lu，et al. (2017) The Rice Phytochrome Genes, PHYA and PHYB, Have Synergistic Effects on Anther Development and Pollen Viability. Scientific Reports 7 (1).

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