Analysis of mitochondria to nucleus signaling affecting flower development in carrot

线粒体到核信号传导影响胡萝卜花发育的分析

基本信息

  • 批准号:
    42214-2007
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2007
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2007-01-01 至 2008-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Mutations in plants can lead to altered flower morphologies, or homeosis.  For example, petals can be replaced by sepals and pollen-producing stamens can be replaced by petals.  A comprehensive nuclear genetic model for flower development has been derived for Arabidopsis, and orthologues of critical genes can be identified in other species.Homeotic phenotypes are observed in carrot, but in contrast to nuclear gene control in Arabidopsis, the mutation in carrot is conditioned by a cytoplasmic factor, likely in the mitochondrion.  The occurrence of  cytoplasmic homeosis suggests that cytoplasmic-nuclear signaling occurs in flower development. The research proposed here will work towards the development of a genetic pathway for this process, which has not been elucidated in any plant species.Carrot can serve as a novel model system because the cytoplasmically-controlled homeotic phenotypes evolved in natural populations and inbred lines are available with distinct nuclear-cytoplasmic interactions: the replacement of stamens with petals, or both petals and stamens with bract-like organs.  The phenotypes result from two nuclear genotypes interacting with one cytoplasmic accession.  In other species, the cytoplasmic regulation of flower development results from backcrossing into alien cytoplasms or protoplast fusion, and distinct phenotypes related to specific cytoplasmic-nuclear interactions are not clearly observed, as in carrot.The long-term objective of this research is to discover all the genetic components important for mitochondria to nucleus signaling affecting flower development.  Ultimately, the research program could directly link expression of a mitochondrial factor to orthologs of genes in the Arabidopsis floral development model, advancing basic knowledge in an emerging area of plant biology.  In the short term, genes related to redox will be studied, and differential gene expression assessed, in floral meristems of cytoplasmic mutant and wild type carrot lines.
植物中的突变可以导致花的形态改变,或同源异型。例如,花瓣可以被萼片取代,产生花粉的雄蕊可以被花瓣取代。拟南芥花发育的一个全面的核遗传模型已经推导出来,并且可以在其他物种中鉴定关键基因的直系同源物。胡萝卜中观察到同源异型表型,但是与拟南芥中的核基因控制相反,胡萝卜中的突变是由一个细胞质因子调节的,很可能是在细胞质中。2细胞质同源异型的发生表明,在花的发育过程中发生了细胞质-核信号传导。在此提出的研究将致力于发展这一过程的遗传途径,这在任何植物物种中尚未阐明。胡萝卜可以作为一个新的模式系统,因为在自然群体和近交系中进化的细胞质控制的同源异型表型具有不同的核质相互作用:雄蕊被花瓣取代,或花瓣和雄蕊都被苞片样器官取代。这种表型是由两个核基因型与一个细胞质基因型相互作用引起的。在其他物种中,花发育的细胞质调节是由回交到异源细胞质或原生质体融合的结果,并且没有清楚地观察到与特定的细胞质-核相互作用相关的不同表型,这项研究的长期目标是发现线粒体到细胞核信号传导影响花发育的所有重要遗传成分。最终,这项研究计划可以直接将线粒体因子的表达与拟南芥花发育模型中的基因直系同源物联系起来,从而推进植物生物学新兴领域的基础知识。短期内,将研究与氧化还原相关的基因,并评估差异基因表达,在细胞质突变体和野生型胡萝卜系的花分生组织中。

项目成果

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