2023年7月26日,北京科技大学生物农业研究院、北京中智生物农业国际研究院万向元团队在Molecular Plant上在线发表了题为ZmMS1/ZmLBD30-orchestrated transcriptional regulatory networks precisely control pollen exine development的研究论文,并被Molecular Plant期刊推选为2023年8月期的封面故事(Cover Story)。
该封面图用“太极”的阴阳平衡理论形象展示了研究院最新揭示的花粉外壁形成的分子调控机制:促进花粉外壁形成的ZmbHLH51-ZmMYB84-ZmMS7级联激活调控通路类似于太极中的“阳”;本研究中首次发现的这个级联激活调控通路的转录抑制子ZmMS1类似于太极中的“阴”,通过反馈抑制上游级联激活通路以确保花粉外壁形成至适当厚度,ZmMs1功能丧失的突变体ms1表现出花粉外壁变厚的特异表型。由此,揭示了一个花粉外壁精确形成的级联激活和反馈抑制的分子调控机制,类似于“太极”中的阴阳平衡理论。
随后,Molecular Plant期刊特邀花粉壁发育领域的权威专家,美国俄亥俄州立大学(Ohio State University)的Anna Dobritsa教授等人,针对该研究成果,同期发表了题为“Putting the brakes on pollen wall development: A conserved negative feedback loop regulates pollen exine formation in flowering plants”的Spotlight亮点评述论文,系统评述了该研究成果在开花植物花粉壁发育调控机制研究中的普适性和突破性。
评述中着重指出,研究院克隆鉴定的抑制子ZmMS1及其机理解析, 找到了绒毡层转录因子级联调控花粉外壁形成过程的“拼图”中丢失的重要一环,解释了先前研究中遇到的难以解释的基因间转录调控的令人迷惑的现象。该研究发现了第一个抑制玉米花药外壁产生的调控因子,并揭示了一个在不同开花植物中保守的反馈抑制调控机制,以确保开花植物绒毡层及时降解和适当的花粉外壁形成,是花粉外壁精确形成分子机制研究中的一个重要突破。此外,由于花粉外壁的形成需要小孢子和绒毡层的协同调控,探索孢子体和配子体之间信号转导如何协同调控花粉外壁形成将是未来非常有趣和重要的研究方向。ZmMS1/ZmLBD30调控的569个直接靶基因和694个间接抑制靶基因将会对孢子体和配子体协同调控花粉外壁形成提供有价值的线索。