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PNAS:玉米Fas1位点的基因复制控制花序分生组织的命运

已有 2117 次阅读 2021-2-17 10:38 |个人分类:每日摘要|系统分类:论文交流

Gene duplication at the Fascicled ear1 locus controls the fate of inflorescence meristem cells in maize

第一作者Yanfang Du

第一单位华中农业大学

通讯作者Zuxin Zhang


 Abstract 


背景回顾Plant meristems are self-renewing groups of pluripotent stem cells that produce lateral organs in a stereotypical pattern. 


研究对象:Of interest is how the radially symmetrical meristem produces laminar lateral organs. Both the male and female inflorescence meristems of the dominant Fascicled ear (Fas1) mutant fail to grow as a single point and instead show deep branching. 


主要研究:Positional cloning of two independent Fas1 alleles identified an ~160 kb region containing two floral genes, the MADS-box gene, zmm8, and the YABBY gene, drooping leaf2 (drl2). 


结果:Both genes are duplicated within the Fas1 locus and spatiotemporally misexpressed in the mutant inflorescence meristems. Increased zmm8 expression alone does not affect inflorescence development; however, combined misexpression of zmm8drl2, and their syntenic paralogs zmm14 and drl1, perturbs meristem organization.


假设:We hypothesize that misexpression of the floral genes in the inflorescence and their potential interaction cause ectopic activation of a laminar program, thereby disrupting signaling necessary for maintenance of radially symmetrical inflorescence meristems.


验证假设:Consistent with this hypothesis, RNA sequencing and in situ analysis reveal altered expression patterns of genes that define distinct zones of the meristem and developing leaf. 


结论:Our findings highlight the importance of strict spatiotemporal patterns of expression for both zmm8 and drl2 and provide an example of phenotypes arising from tandem gene duplications.


 摘 要 

植物分生组织是一群能够自我更新的多能干细胞,以一个固定的模式产生侧生器官。有趣的是,径向对称的分生组织如何形成侧生器官。Fas1显性突变体的雌雄花序分生组织均不能形成单一的生长点,反而形成了分枝。两个独立的Fas1等位基因图位克隆鉴定了一个约160 kb的片段,包含两个开花基因,一个MADS-box基因zmm8和一个YABBY基因drl2。这两个基因均在Fas1基因座内存在重复,在突变的花序分生组织中时空表达紊乱。单独增加zmm8的表达并不能影响花序的发育;但是,zmm8drl2以及这两个基因的共线性旁系同源基因zmm14drl1的紊乱表达会扰乱分生组织。作者假设,扰乱花序组织中开花基因的表达以及其潜在互作会导致异位激活叶片程序,从而扰乱了维持径向对称的花序分生组织所必需的信号转导。与此假设一致,作者通过RNA测序和原位分析发现,定义分生组织不同区域的基因的表达模式发生改变,并且发育出叶片。本文的发现揭示了zmm8drl2基因严格的时空表达模式的重要性,并为串联基因重复引起表型变化提供一个具体实例。


 通讯作者 

**张祖新**


研究方向:玉米遗传育种、玉米抗逆分子生物学。


doi: https://doi.org/10.1073/pnas.2019218118


Journal: PNAS

Published date: Feb 16, 2021



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