PBJ | 北京大学许智宏/白书农课题组揭示C端泛素水解酶参与水稻雄蕊发育的分子机制

近日，北京大学生命科学学院许智宏、白书农实验室的王东辉老师领衔在植物学领域国际著名期刊Plant Biotechnology Journal发表了题为“Rice tapetum differentiation is sensitive to downregulation of OsUCH3, a ubiquitin C-terminal hydrolase”的研究论文。该论文证明下调C端泛素水解酶的表达水平会引发水稻雄蕊绒毡层发育异常，为C端泛素水解酶参与水稻雄蕊发育提供了一个重要证据。

此次发表于PBJ的工作是该实验室一个长达20多年系统工作的研究结果之一。从1998年开始，该实验室决定借助当时出现不久的基因芯片技术，开展对水稻雄蕊早期发育过程的基因表达谱分析。这一选择的基本考虑是，虽然当时突变体遗传学为植物形态建成的调控机制带来了很多新的解释，但由于历史上形成的植物形态建成“性状”界定中存在的模糊性，很多机制解释背后其实隐含了很多不确定性。在形态建成性状中，从原基到器官的过程相对简单。可是，一团基本均质的原基细胞如何分化为具有特定形态、结构的器官，尤其是其早期过程的调控机制却很少有相关突变体的报道。既然已经出现了对基因表达进行大规模分析的技术，为什么不类似早年形态学加对器官形成过程做连续切片从而了解其分化节点那样，在对器官形成过程做分子层面描述，然后在了解基因表达网络动态变化的基础上，寻找可能的调控节点、并进而研究其调控机制呢？

基于这种考虑，该实验室从雄蕊显微解剖结合转录组分析技术的建立开始，随着组学分析技术的改进，在这一方向上不断推进探索进程，发现了很多传统突变体遗传学策略所无法发现的有趣现象（Lu, et al, 2006；Wang et al, 2013; Chen et al, 2015；Shen et al, 2022）。在此过程中，他们发现了一些在雄蕊早期发育过程中偏好性高表达的基因，为探索这些基因在雄蕊中偏好性表达对雄蕊形态建成的影响提供了全新的契机。在对雄蕊早期发育过程偏好表达基因的分析中，发现有UCH基因，但该基因家族在水稻中究竟有多少成员却在文献中有不同的报道。为澄清这些问题，他们先对水稻UCH和UBP基因家族成员开展了基因组层面分析，并对各成员蛋白开展了系统的酶活分析（Wang et al. 2018）。这些分析表明，OsUCH3不仅在雄蕊中偏好表达，而且具有高酶活。于是，该蛋白在雄蕊发育过程中是不是具有功能，就成为一个无法回避的问题。此次发表于PBJ的文章在一定程度上证明下调C端泛素水解酶的表达水平会引发水稻雄蕊绒毡层发育异常。该文和此前实验室发表的其他工作（Chen, et al, 2018, Lin et al, 2021）一起，证明对雄蕊早期发育过程的分子描述，的确可以为解析调控机制提供大量新的切入点。

该论文得到农村农业部水稻产业体系和转基因专项CARS-01-06, 2016ZX08010001， 2016ZX08009-003，以及国家自然科学基金(31630006)项目的资助。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pbi.14052

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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