《蕨類植物類種子性狀產生及其演化的分子機制》是依託北京大學，由饒廣遠擔任負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：蕨類植物類種子性狀產生及其演化的分子機制
- 項目負責人：饒廣遠
- 依託單位：北京大學
- 項目類別：重大研究計畫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在生物演化過程中，複雜新性狀的產生並不源於很多新的突變或者新的基因，而是對已有基因或基因調控網路的微小改變和修飾。根據我們前期對鐵線蕨配子體的誘導實驗，發現在鐵線蕨的幼胚發育過程中產生了“類種子性狀”。因此，本項目擬藉助已建立的鐵線蕨實驗體系，從“微進化”的角度探討有關種子性狀的產生及其演化機制，即探討在微環境改變的情況下，一些業已存在但執行其它功能的基因如何形成全新的基因調控網路，導致新性狀的產生。項目以類種子性狀形成的主控基因及其調控網路為研究重點，利用不同微環境條件下產生的類種子性狀表型，通過全基因組水平的檢測和分析，從關鍵基因表達的時空特點來了解它們在調控網路中的作用，以及該調控網路在類種子性狀形成過程中的作用，闡明蕨類植物中類種子性狀產生的分子機制，為進一步闡釋種子植物的起源及種子的形成提供科學依據。
結題摘要
蕨類植物是植物演化過程中適應陸地生態環境而最早形成維管組織的類群。這類植物承前啟後，既是最進化的孢子植物（隱花植物），又是較原始的高等植物（有胚植物）。蕨類植物生活史中具有胚胎髮育過程，但不同於種子植物的是，其胚胎髮育從合子開始到新一代孢子體的形態建成是一個連續過程，在胚胎髮育後期缺少儲藏物質的積累、脫水和休眠的過程。與種子植物的種子發育過程相比較，我們將在特定環境條件下蕨類植物胚胎髮育後期其配子體或胚中出現的儲藏物質積累、脫水和胚胎髮育遲滯的現象稱之為類種子性狀。本課題利用鐵線蕨培養體系，以可控實驗條件下（不同濃度ABA、葡萄糖處理）鐵線蕨原葉體及幼胚為實驗材料，充分利用形態學、解剖學、發育生物學、分子生物學、生物信息學以及比較基因組學的理論和方法，針對非種子植物——蕨類植物中產生類種子性狀，以該性狀形成的主控基因及其調控網路為研究重點，利用不同微環境條件下產生的類種子性狀表型，通過轉錄組水平的檢測，分析關鍵基因表達的時空特點及它們在表達過程中的相互關聯，以此了解這些基因在調控網路中的作用，以及發育調控網路在類種子性狀形成中的作用，進而闡明蕨類植物中類種子性狀產生的分子機制。通過三年較為系統的研究，結果顯示：（1）胚胎髮生髮育相關的基因起源較早、也相對保守，它們在種子植物和非種子植物之間變異不大；（2）種子性狀相關基因在大多數非種子植物（有些在苔蘚植物不存在）中均已存在，但其表達式樣不同；（3）通過組化檢測鐵線蕨中誘導所得類種子組織，發現多糖、脂質和蛋白質有明顯積累，同時檢測到了AcLEC1及儲藏類基因的表達上調；（4）蕨類植物中類種子形狀產生的原因可能是種子性狀相關基因的表達從孢子發生髮育被招募至胚胎髮生髮育之後，包含與儲藏物質的積累、耐乾旱以及休眠相關的轉錄因子及其下游基因。
