凯丽环球 2022年10月30日 CalerieHealth 108 ℃ 0 评论
文章题目：Auxin boosts energy generation pathways to fuel pollen maturation in barley
宣布期刊：Current Biology
宣布时光：2022.3
作用因子：10.834
争论背景
正在谷类作物中，花粉强烈依附母孢子体构造取得资源，但幼稚花粉的凯丽环球营养细胞也生存自身的能量孕育、淀粉分解、萌发以及花粉管繁殖体制。今朝尚没有领会是美商凯丽何种记号激活了这种体制的适时表达，和这些记号是来自孢子体依然花粉颗粒。百趣代谢组学文献解读，先前争论再现幼稚的水稻花药中积存了高水平的繁殖素，并正在花粉中尤其地核达繁殖素分解以及记号基因。然而，今朝争论仅说明繁殖素过高对于水稻雄蕊幼稚有害，其正在谷物花粉幼稚中发扬的主要功能尚没有领会。为领会花粉幼稚历程中的调控以及运行体制，本文对于所触及的因素施行深切争论。经过对于大麦雄性没有育基因38(MSG 38)的功能分解说明，花粉粒自主孕育繁殖素，繁殖素正在匆匆进淀粉天生以及其他花粉幼稚历程是必须的。
争论了局
1、Msg38渐变体正在花粉淀粉积存方面生存弊端
为决定温带谷物中花粉幼稚所需的因素，对于大麦msg渐变体施行争论。与Bowman组比拟，msg 38渐变体虽没有育，但其营养发育无分明弊端(图1A)；花药样式正在雄蕊幼稚历程中展现一般，但正在花药开裂阶段呈现极度(图1B)；花粉有活气(图1C)，但未呈现淀粉以及钾的显色反应(图1D以及1E)，钾离子被以为也许孕育渗出梯度，使花粉加紧水化；花粉正在花药开裂阶段休止伸展(图1F以及1G)；花粉的质体中多少乎查看没有到淀粉颗粒，裂解液泡延续生存，小液泡消失空腔状态(图1H以及1I)。百趣代谢组学文献解读，这一了局说明，MSG38是大麦花粉有丝散乱的非必须基因，但它对付花粉幼稚历程中的液泡能源学和淀粉以及钾的积存相当主要，这些历程大概促进花粉伸展以及水合，转而推广对于花药壁构造的压力以匆匆进花药开裂。
图1. Msg 38渐变体的表型性格
2、MSG38编码与繁殖素分解相关的YUCCA家族黄素单加氧酶
经过图位克隆法及转录组检测决定MSG38基因，该基因恐怕编码一种YUCCA家族黄素单加氧酶(HvYUC4)(图2A-C)。YUC家族成员也许催化吲哚-3-丙酮酸(IPyA)天生生物活性繁殖素吲哚-3-乙酸(IAA)(图2D）。
图2. MSG38编码到场繁殖素分解的黄素单加氧酶
经过靶向代谢组学对于繁殖素代谢产品施行分解，验证MSG38/HvYUC4是否到场大麦雄蕊幼稚历程中繁殖素的分解。百趣代谢组学文献解读，与Bowman组比拟，msg38雄蕊正在幼稚阶段适度积存IPyA及其前体L-色氨酸(Trp)；从小孢子期(W8.25-W8.5)到花粉幼稚(W9.25-W9.35)IAA以及2-羟基吲哚-3-乙酸(OX-IAA)维持正在较低水平(图3)。该了局说明，MSG38/HvYUC4正在大麦雄蕊幼稚历程中催化IAA的直接变成。
图3. Bowman 以及msg38花序(W8)以及雄蕊(一切其他阶段)繁殖素相干代谢物的定量
3、MSG38/HvYUC4为花粉尤其性蛋白
经过qRT-PCR、RNA原位杂交等本领对于MSG38/HvYUC4施行检测，发明正在Bowman与msg38渐变体中，MSG38/HvYUC4转录本品貌分歧(图4A)。正在分歧时代花药分歧部位施行检测时，发明MSG38/HvYUC4主要散布于花粉粒以及维管构造(图4B)。百趣代谢组学文献解读，由MSG38/HvYUC4内源煽动子启动的MSG38-荧光蛋白混合也从W9结束，定位于花粉中(图4C)，并恢复msg38-2渐变体的育性(图4D)。这些了局说明，MSG38/HvYUC4仅正在花粉粒中发扬影响，催化个别繁殖素的孕育并驱策花粉幼稚。
图4. MSG38/HvYUC4正在花粉幼稚历程中的表达
4、MSG38/HvYUC4匆匆进花粉幼稚历程中的能量代谢
转录组分解了局再现， 64%分裂表达基因正在msg 38渐变体中消失下调(图5)，除繁殖素应对基因外，编码异养ATP天生的大全体基因及三个淀粉分解基因下调(图6A以及6B)。百趣代谢组学文献解读，经过呆板练习预计，msg38渐变体中下调的普遍能量以及淀粉代谢基因上游照顾繁殖素应对转录调控因子ARFs贯串位点(图6C以及6D)。靶向代谢组学分解发明，W9.35时代的msg38雄蕊宗旨于适量积存蔗糖、葡萄糖以及果糖(图6E)。所以，繁殖素记号没有是光合产品输入雄蕊所必须的，而是蔗糖分化以及糖酵解代谢所必须的。相映的，正在msg38雄蕊中发明较低水平的糖酵解产品丙酮酸，和TCA轮回两种主要代谢物柠檬酸以及虎魄酸，导致雄蕊中淀粉昭著升高(图6E-F)。这些了局说明，繁殖素主要经过匆匆进能量天生所需基因的表达来匆匆进大麦花粉中淀粉的分解。
其余，msg38渐变体中编码淀粉降解酶、转运体、细胞骨架以及记号转导身分的普遍基因也呈现下调，这些基因是规范的幼稚花粉转录物（图6A）。转录组富集分解说明，繁殖素向导这些基因表达，以促进花粉幼稚。
图5. W9.25以及W9.35期Bowman以及msg38雄蕊转录组学分解
图6. 繁殖素匆匆进大麦雄蕊的能量代谢
结论
本争论发明繁殖素激素正在大麦花粉幼稚历程中是必弗成少的，多少乎也许匆匆进编码异养能量孕育路子（从糖的输送以及降解到ATP合酶活性）每一步基因的表达。所以，繁殖素对付蔗糖以及己糖投入糖酵解和推广丙酮酸以及两种TCA轮回代谢物（柠檬酸以及虎魄酸）的水平是必须的。其余，拥有生物活性的繁殖素由花粉定位酶HvYUCA4分解，支柱花粉粒自主孕育繁殖素，以刺激一定的细胞输出、能量天生，进而匆匆进幼稚历程。百趣代谢组学文献解读，这些了局说明，繁殖素也许改革焦点碳代谢来启动植物细胞发育，也表示了繁殖素匆匆进繁殖以及崩溃的直接体制。
文/阿趣代谢组学
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