植物花粉對低溫冷脅迫反應的分子機制
日期：2010-09-21 13:30:57
目前，許多研究結果已經比較詳細地闡述了溫度脅迫對植物生長發育的影響，但其研究主要集中在植物根、莖、葉等組織，對發育階段時間比較短且非常復雜的植物生殖器官的研究非常少。雖然如此，但科學家很早就注意到，植物有性生殖對低溫冷脅迫高度敏感，最終導致農作物產量大幅降低。在植物有性生殖階段，溫度脅迫可以導致生殖器官結構和功能的異常，以及受精失敗等嚴重后果。目前認為，在植物整個生命周期中，其雄性生殖器官發育對低溫冷脅迫最為敏感。
最近，中科院西雙版納熱帶植物園分子生物學研究組余迪求研究員指導的博士研究生鄒長松以模式植物擬南芥花粉為研究材料，通過基因功能分析手段證實了植物成熟花粉粒對低溫冷脅迫敏感，是由于花粉粒特異表達的轉錄調控因子WRKY34抑制低溫誘導的CBF1, CBF2和CBF3等基因表達所致。相關研究結果發表于國際期刊Journal of Experimental Botany。
植物WRKY基因家族是植物獨有的轉錄調控因子超級家族，在調控植物抵抗生物和非生物逆境脅迫反應及其信號轉導途徑方面發揮非常重要的生物學功能。鄒長松等的研究發現，擬南芥轉錄調控因子WRKY34基因在植物成熟花粉細胞中特異表達，同時受低溫冷脅迫強烈誘導表達。遺傳分析證明，WRKY34基因T-DNA插入突變體（wrky34-1和wrky34-1)的成熟花粉粒對低溫冷脅迫的敏感性比野生型顯著降低，其花粉活力在低溫冷脅迫后顯著高于野生型。通過比較分析低溫冷脅迫對植物成熟花粉粒的活力、花粉萌發、花粉管伸長以及最終對植株種子產量等方面的影響，也進一步證實wrky34成熟花粉的花粉活力顯著地高于野生型；而且，WRKY34高表達轉基因植株的成熟花粉粒即使在沒有冷處理的條件下也表現出不育。這說明WRKY34作為一個負轉錄調控因子，參與了成熟花粉粒對低溫冷脅迫的響應。在野生型植株的成熟花粉粒中，受低溫強烈誘導的CBF1, CBF2和CBF3基因不能被冷誘導，而在wrky34中CBF系列基因及其下游靶基因能夠被強烈的誘導，這表明WRKY34可能在成熟花粉粒中負調控CBF系列基因的表達，從而參與成熟花粉粒對低溫冷脅迫的響應。
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