PNAS：新基因的发现揭示了绿藻的性别决定

唐纳德·丹福斯植物科学中心的詹姆斯·Umen博士领导的一个国际研究小组在发育生物学领域取得了突破性的发现。在他们对藻绿藻类的最新研究中，科学家们发现了一种名为VSR1的新基因，该基因在激活雌性和雄性生殖细胞发育的特定基因中起着至关重要的作用。

　　

由Donald Danforth植物科学中心James Umen博士领导的一个国际研究小组在发育生物学领域取得了突破性的发现。在他们对藻绿藻类的最新研究中，科学家们发现了一种名为VSR1的新基因，该基因在激活雌性和雄性生殖细胞发育的特定基因中起着至关重要的作用。在此过程中，研究人员揭示了绿藻性别是如何决定的一个综合模型，为通过有针对性的育种和选择改善类似物种的性状打开了大门——这对生物技术、生物燃料和农业具有重要意义。这项名为“保守的RWP-RK转录因子VSR1控制volvocine藻类的配子分化”的研究最近发表在《美国国家科学院院刊》上。

藻藻是一组绿藻，其中包括两个被充分研究的成员:单细胞物种衣藻和多细胞物种藻藻。所有的水藻和大多数其他绿藻都可以无性繁殖;但在特定条件下，它们经历性发育，并分化为衣藻的正配子和负配子，或团藻的卵和精子。在这项研究之前，人们只了解了性别分化过程的一部分。就像Y染色体基因SRY在人类和其他哺乳动物中起着男性决定因素的作用一样，在涡旋藻中，一种名为MID的性别连锁基因在涡旋藻中导致精子发育，在衣藻中导致负配子分化。到目前为止，仍然神秘的是，当MID缺失时，正配子或雌配子分化的默认模式是如何发生的。利用系统转录组学——一种同时比较进化关系和基因表达的方法——研究小组发现了一种名为Volvocine Sex Regulator 1 (VSR1)的新基因，它可以激活衣藻中正配子的发育或Volvox中的卵发生(卵子形成)。然而，Umen博士指出，“这种基因并不只存在于女性。当MID存在时，它与VSR1相互作用并改变其活性，将其从正基因或雌性基因激活子转换为负基因或雄性基因激活子。”通过发现VSR1的作用及其与MID的相互作用，研究人员首次建立了这些藻类性别决定的完整模型。

这项工作是Umen博士的实验室与他们在日本京都大学和中央大学的同事之间长达五年的跨机构合作的结果。共同第一作者Takashi Hamaji博士，现任丹佛斯中心博士后和京都大学前博士后，“长期以来一直确信一个基因与MID相互作用，但不知道应该怀疑哪个基因。”具有互补专业知识的研究小组之间的国际合作对于发现VSR1并揭示其与MID的关系至关重要。

除了在了解藻的性别决定方面取得突破外，新的发现可能会扩展到其他绿藻群体，在这些群体中，由于缺乏关于性周期的信息，因此无法将选择性育种作为菌株改进的机制。值得注意的是，在所有其他绿藻群中，只要有一些关于性别分化的信息，就会发现与VSR1和MID相同家族的基因都有牵连，甚至在与绿藻有共同祖先的植物中也是如此。Umen博士说:“我们的研究结果有助于将一个新兴的故事联系在一起，即VSR1和mid样基因可能参与了植物和藻类起源谱系的性别分化，在其他物种中寻找类似的基因对也可能有助于揭示它们的性别决定机制。”

展望未来，研究小组计划进一步研究VSR1与MID之间的相互作用，以及MID的存在如何将VSR1从正基因或雌性基因的激活因子改变为雄性基因的负基因激活因子。“这篇论文提出了一个非常富有成效的发现，”Hamaji博士补充说，“我迫不及待地想继续研究这个系统。”

该团队在揭示藻藻性别决定方面取得了令人印象深刻的成就，这要归功于教育、文化、体育、科技部(批准号17H05840，批准号20K06766)和国家科学基金(批准号1755430)的资助。

唐纳德·丹福斯植物科学中心成立于1998年，是一家非营利性研究机构，其使命是通过植物科学改善人类状况。研究、教育和推广旨在对粮食安全和环境的关系产生影响，并将圣路易斯地区定位为世界植物科学中心。该中心的工作资金来自许多来源的竞争性赠款，包括国家科学基金会、国家卫生研究院、美国能源部、美国国际开发署、比尔和梅林达·盖茨基金会，以及个人、企业和基金会捐助者的慷慨捐助。关注我们的推特账号@DanforthCenter。

丹佛斯中心的企业研究所利用生物能源作物为全球挑战创造绿色解决方案。丹佛斯中心的科学家们正致力于开发以植物为基础的材料或原料，用于生物能源，这种材料更环保，更可持续，能量含量更高。

 

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