种子大小是农业生产中最重要的农艺性状之一,是决定产量的重要因素。被子植物的种子大小是由种皮、胚和胚乳相互协调发展决定的。胚和胚乳是经过双受精过程而来,而种皮及其发育前期的珠被不经过双受精作用通常被认为是母体组织。通过控制母体组织,胚和胚乳的发育关键因素,可以实现对种子大小的控制。在油菜,大豆等作物中,种子大小可以直接决定产量的多少,因此对于种子大小的研究十分重要。早在20世纪,就有科学家发现拟南芥母体组织的变化可以影响最终种子的大小,然而作为种子发育过程中的重要一部分,母体组织是如何影响种子大小的,现在还不十分清楚。近日,山东农业大学张宪省、苏英华教授课题组在The Plant Cell发表了题为The Arabidopsis MATERNAL EFFECT EMBRYO ARREST45 Protein Modulates Maternal Auxin Biosynthesis and Controls Seed Size by Inducing AINTEGUMENTA的研究性论文,揭示了B3结构域转录因子MEE45通过控制母体组织的发育调控种子大小的机制。
该团队在探究影响种子大小关键基因的过程中发现,转录因子突变体mee45-1的种子相对于野生型来说明显变小,增加MEE45基因表达量后,种子明显变大。并且研究人员通过正反交实验发现种子变小的表型仅出现在mee45-1突变体为母本的情况下,而在mee45-1做父本时则没有这种表型,并且用胚珠特异启动子INNER NO OUTER驱动MEE45可以回补mee45-1的表型,而用胚胎特异启动子RIBOSOMAL PROTEIN S5A驱动amiR-MEE45的转基因植株不会出现种子变小的表型,所以MEE45是通过影响母体组织影响种子大小。通过分析转录组数据,研究人员找到了一个影响种子大小的ANT基因,并通过荧光学观察,ChIP,EMSA遗传学等实验发现MEE45可以结合在ANT启动子上,影响ANT的表达水平。进一步研究发现,在MEE45下游的ANT可以调控生长素合成关键基因YUC4的表达从而影响种子的大小。