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MYB转录因子RH1和RH2协同调控蒺藜苜蓿叶痕形成的分子机理解析

批准号:
32070554
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
牛丽芳
学科分类:
基因表达及非编码序列调控
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
牛丽芳

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
自然界中千奇百趣的生物图案形成的奥秘一直是生物学研究领域的热点问题。植物叶片上形成的特异性斑点或条纹状色素图案被称为叶痕(Leaf marking),鲜艳的叶痕不仅增加了植物形态的多样性,同时被认为具有警戒色作用,但目前关于植物叶痕性状形成的分子基础仍不清楚。申请人前期利用具有典型花青素红圈包围黄绿色中心叶痕的蒺藜苜蓿R108为实验材料,获得一个花青素斑痕变大增强的半显性突变体red heart1 (rh1d)。研究发现rh1d的叶痕表型是由于MYB转录因子基因RH1高表达所导致。此外,我们发现RH1的同源基因RH2负调控蒺藜苜蓿叶痕花青素合成以及RH1的表达,表明蒺藜苜蓿的叶痕性状受到RH1和RH2的共同调控。本项目在此工作基础上,拟通过系统解析MYB同源基因RH1和RH2协同调控蒺藜苜蓿叶痕形成的分子机理,为揭示植物特异性色素图案形成的调控机制和阐明生物复杂图案形成的奥秘提供理论基础。
英文摘要
The visually striking patterns of diverse organisms in nature have fascinated biologists for centuries. Patterned leaf coloration (leaf marking) in plants generates remarkable diversity and is potentially aposematic, but the underlying mechanisms remain largely unclear. Using the Medicago truncatula R108 anthocyanin leaf marking as a model, our lab's previous study found that the classic M. truncatula leaf anthocyanin spot trait depends on a novel MYB activator, RED HEART1 (RH1), by characterizing a dominant leaf marking mutant red heart1 (rh1d) with enlarged and enhanced leaf anthocyanin spots. Furthermore, we found that a paralog of RH1, RH2, exerts an opposite effect on anthocyanin biosynthesis of M. truncatula leaf markings while also repressing RH1 expression, suggesting that both RH1 and RH2 are required for fine-tuning M.truncatula leaf marking formation. On the basis of above findings, this proposal intends to demonstrate the RH1-RH2-mediated regulatory paradigm for leaf anthocyanin markings in M. truncatula, which will provide insights into understanding the regulatory control of complex patterned pigmentation in diverse organisms in nature.
花青素是一类黄酮类化合物,赋予植物红、紫、蓝等颜色,通常在花和果实等生殖器官上形成独特的斑点、条纹以及脉状等色素图案,在吸引昆虫传粉、动物采食进而维持植物子代繁育方面具有重要的生态学功能。此外,作为抗氧化剂,花青素可以保护植物抵御生物和非生物胁迫,也可以增强动物的免疫力和抗病性,具有促进动物生长和提高动物繁殖力等功效。自然界中植物叶片上的色素斑痕(叶痕)也是多种多样的,但其形成的分子机理仍不清楚。一些豆科植物(例如三叶草属和多数一年生苜蓿属植物)的叶片具有丰富的叶痕性状,并被广泛应用于栽培品种的鉴定和品种杂交纯度检测等。本项目从蒺藜苜蓿R108生态型的逆转座子Tnt1插入突变体库中筛选获得了一个叶片花青素斑痕增大变强的突变体red heart1 (rh1d),并克隆了一对调控花青素叶痕形成的MYB同源转录因子编码基因:RH1和RH2。RH1主要作为花青素生物合成激活因子发挥作用,其C端激活基序对蒺藜苜蓿花青素叶痕的形成至关重要。RH1能够与蒺藜苜蓿bHLH蛋白MtTT8和WDR家族成员MtWD40-1发生物理相互作用形成一个MBW激活复合物,这种相互作用促进了RH1在叶片花青素叶痕形成中的激活功能。RH2的C端结构域变短,并失去了转录激活活性,但保留了与MtTT8和MtWD40-1相互作用的能力,从而在MBW调节复合物中充当竞争者并发挥相反的作用。此外,我们的研究发现RH1可以激活自身的表达,并且RH2介导的竞争作用可以抑制RH1对自身的激活。综上所述,我们的研究结果揭示了一对同源-拮抗基因RH1和RH2调控蒺藜苜蓿花青素叶痕形成的分子作用机制,同时为通过功能丧失突变来实现基因的亚功能化提供了见解。此外,我们的研究为阐明高等植物营养器官特异性色素图案形成的分子调控网络,培育观赏植物新品种和具有均衡高花青素含量的优质作物和牧草新品种提供了重要理论基础。相关研究成果在New Phytologist杂志上发表(第一标注)。
蛋白激酶SPIS调控蒺藜苜蓿花器官决定的分子机理解析
转录抑制子LOOSE FLOWER 1调控蒺藜苜蓿花器官融合的分子机理研究
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