研究人員發現在水稻異倍性雜交中, MADS29高表達, 生長素基因和母體組織PCD相關基因表達上調, 淀粉合成相關基因表達下調, 導致胚乳發育異常、種子敗育, 說明MADS29的高表達導致異倍性雜交種子敗育, 是一種有別于二倍體水稻種子發育的新型調控方式.
目前水稻中共報道有75個MADS-box基因, MADS29屬于Ⅱ型MADS-box基因中的MIKCC型. 大多數MADS-box蛋白都可與CArG-box特異性結合, 而CArG-box常出現在MADS-box蛋白靶標基因的啟動子區域. MADS-box轉錄因子是同源異型基因, 已經被證明在花器官的發育中起著重要的調節作用, 參與ABC調控模式.
先前研究表明, MADS29在種子中轉錄積累. 最近研究發現, MADS29主要在水稻種子的珠心、珠心突起處以及胚珠維管束表達. 它通過維持體內激素平衡和調節母體組織細胞程序性死亡(programmed cell death, PCD)來影響胚乳發和籽粒灌漿.
進一步研究發現, MADS29直接與編碼半胱氨酸(Cys)蛋白酶和核苷酸結合位點-富含亮氨酸重復序列(nucleotide-binding site-leucine rich repeat, NBS-LRR) 蛋白基因的啟動子結合, 從而影響母體組織細胞程序性死亡. Nayar等人研究發現, MADS29的生物學功能可能不僅如早期報道的那樣只調控轉錄和翻譯水平, 它還通過MADS29單體之間和MADS29與其他MADS-box蛋白相互作用在翻譯后水平上起作用.
在這篇文章中，研究人員采用石蠟切片對水稻2n與4n自交及雜交種子胚乳發育進行了觀察, 并通過qRT-PCR技術分析了MADS29等相關基因在2n與4n自交和雜交種子中的表達模式, 旨在探明水稻異倍性雜交種子敗育與MADS29等相關基因的關系, 為水稻近緣野生種的合理利用提供依據.
具體來說，研究人員以4份水稻材料(2個二倍體; 2個四倍體)構建4個自交組合(對照)和8個雜交組合(正反交), 對花粉粒育性、花粉管萌發及伸長、種子發育及MADS29等相關基因表達進行分析.
結果表明: (1) 異倍性雜交均可正常受精, 但雜交種子敗育; (2) 石蠟切片結果顯示, 授粉后3 d(3 day after pollination, 3 DAP), 與對照相比, 4n×2n胚乳已進入細胞化時期, 但細胞數量較少; 而2n×4n胚乳處于合胞體時期, 游離核周圍未形成細胞壁, 胚乳細胞化時期滯后; (3) 實時熒光定量PCR(qRT-PCR)表明, 6 DAP和8 DAP, MADS29、生長素基因和母體組織細胞程序化死亡(PCD)相關基因的相對表達量在雜交種子中均明顯高于對照; 淀粉合成基因在雜交種子中的相對表達量顯著低于對照.
這一實驗結果表明, 在水稻異倍性雜交中, MADS29高表達, 生長素基因和母體組織PCD相關基因表達上調, 淀粉合成相關基因表達下調, 導致胚乳發育異常、種子敗育, 說明MADS29的高表達導致異倍性雜交種子敗育, 是一種有別于二倍體水稻種子發育的新型調控方式.
