BnMAGL8在拟南芥的异位表达延迟绒毡层的降解导致花粉败育

【作者】 高界； 傅廷栋； ZOU Ji-tao； 沈金雄；

【机构】 华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室/国家油菜工程技术研究中心； National Research Council Canada；

【摘要】 单酰基甘油酯(monoacylglycerol lipase,MAGL)能将甘油骨架上的最后一个酰基水解出来,形成游离脂肪酸和甘油,是三酰基甘油酯完全水解的最后一步反应。在医学相关的研究中,MAGL家族通过降解2-花生四烯酸甘油酯,参与内源型麻黄素的调控,影响多个生理反应。但在植物中,只有Kim在2016年报道了拟南芥的16个AtMAGL的生化特性、表达模式和亚细胞定位,而这些基因潜在的生理功能却未见报道。本研究中,我们从中双11中克隆了与AtMAGL8同源的BnMAGL8,并且通过体外酶活实验发现这两个基因具备相似的催化能力和特征。随后我们构建了由甘蓝A9启动子调控BnMAGL8在绒毡层中特异表达的载体,并转化了拟南芥。转基因植株在营养生长阶段与野生型相似,在生殖生长阶段,野生型的花药当中充满了圆形的花粉粒,而转基因植物的花药当中只能检测到干瘪的败育花粉紧贴在药室的角落。对两者的花药进行半薄切片观察,发现在雄蕊发育的第7-8期,在小孢子从四分体中释放之后,转基因植株的绒毡层持续膨大,并将小孢子挤到了药室中央。当野生型的绒毡层细胞开始降解时,转基因植株的绒毡层依然占据着药室的大部分空间。然后,转基因植株的小孢子和绒毡层细胞当中出现大量的液泡,随着这些细胞的死亡,药室中只剩下花粉壁的残片堆叠在角落。虽然绒毡层的降解延迟,但是造油体和绒毡层小体的形成却不受影响。转基因植株的花粉外壁的顶盖和含油层无法正常形成。我们检测了花粉发育第6-8期花蕾的转录组,在差异表达基因列表当中发现与大量氧化还原相关的基因,此外AMS以及NAC025等小孢子发育关键基因的表达受到抑制。综上所述,我们推测BnMAGL8在绒毡层过量表达之后导致细胞当中的游离脂肪酸水平升高,并导致ROS的产生,最终抑制了AMS以及其它绒毡层正常发育所需基因的表达,导致雄性不育。更多还原