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水稻CTP合成酶参与调控胚乳早期发育的相关研究

2021.6.03

　　胚乳是谷物的主要成分，储存淀粉、蛋白质和其他几种种子萌发和早期生长所需的营养物质,也是人体营养的重要来源。胚乳发育的鉴别特征之一是受精卵中心细胞在发育早期(合胞体阶段)发生快速核分裂而没有形成细胞壁，从而形成多核细胞谷物。核分裂在胚乳早期发育中起着决定种子大小的重要作用，然而，核分裂是如何调控这种发育的机制还不清楚。

　　2021年5月31日，Plant Biotechnology Journal在线发表了题为“CTP synthase is essential for early endosperm development by regulating nuclei spacing”的研究论文。在本研究中，作者鉴定到水稻CTP合成酶1 (OsCTPS1)突变体。研究表明OsCTPS1可能在胚乳发育过程中起结构成分的作用，其通过与小管蛋白相互作用，参与了微管的形成，该研究为种子籽粒产量提高提供新策略。

　　作者鉴定到了水稻无胚乳突变体2 (enl2)，该突变体在胚乳发育的早期阶段表现出缺陷。这些表型产生于编码胞苷三磷酸合酶(CTPS)的OsCTPS1突变。水稻基因组包含6个CTPS基因，其中2个(OsCTPS3和OsCTPS4)在所有被测器官中表达水平极低。其余4个CTPS基因在各种组织中广泛表达。这种冗余可能导致enl2突变体在大多数发育阶段缺乏明显的表型变化。然而，enl2突变体在胚乳核分裂上存在缺陷，说明当DNA合成需要大量的核苷酸时，需要多个CTPS基因来进行核分裂。

　　研究发现，水稻授粉后8小时，野生型和突变型胚乳均正常。相比之下，在24 HAP时，enl2胚乳有大约10-16个核团块，而野生型核数量增加并迁移到胚乳周围。与野生型胚乳的核间距不同，enl2胚乳的核紧密堆积，呈团块状，这是由于胚乳中缺乏微管分离姊妹染色体所致。此外，enl2胚乳核未能向细胞外周迁移。由于核向囊周的移动可能是由微管介导的，enl2突变体胚乳的主要缺陷可能是由于功能微管数量不足。作者进一步证明了OsCTPS1与微管蛋白相互作用，支持了OsCTPS1参与微管功能的可能性。