miRNA突变能使花瓣变雄蕊

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高等植物的花朵有相似的结构：最外层的保护幼芽的萼片（sepals）、次外层的颜色鲜艳吸引昆虫传粉的花瓣（petals）、内部贮满花粉的雄蕊（stamens）、最内层的稍后会发育为果实和种子的心皮（carpels）。这些器官的发育过程由许多基因控制。最近，德国马克斯普朗克研究所作物育种研究人员与荷兰Nijmegen学院的同事合作，发现一种micro RNA是控制花器官同一性（floral organs identity）的关键。这一成果刊登于6月24日Nature Genetics杂志。

  Zsuzsanna Schwarz-Sommer研究小组发现一种金鱼草突变，使本该发育为雄蕊的地方长出花瓣（如下图）。有趣的是，在矮牵牛花中也存在相类似的突变。Schwarz-Sommer说：“10年前，我们首次在两种植物中观察到相似的突变时就已经开始怀疑使同一种突变也许破坏了遗传控制，导致错误的地方长出错误的器官。”其实果蝇中也出现过类似的现象，一种突变使本应长出一对触角的地方长出了一对腿。



研究人员在矮牵牛花和金鱼草中发现，一种microRNA突变会将预计发育为花瓣的成分改为雄蕊，提示相同的基因缺陷会打乱花器官一致性被，导致“错误的地方长出错误的器官”。

  正如Schwarz-Sommer所料，实验证实两种植物中的同一种microRNA突变改变了花器官的同一性。microRNA通常不到20个核苷，识别并结合其在mRNA上的互补序列，抑制mRNA翻译为蛋白。microRNA的突变影响了整条控制事件。

  microRNA突变很罕见，这是首次发现一种microRNA在两种植物有相似的功能。Schwarz-Sommer说这项发现非常重要，掌握调节花器官一致性的控制机制为将来用计算机模拟这种生物学过程提供了参考。

   教科书用简单的ABC模式描述了控制花器官一致性的复杂机制，其中A、B和C分别代表了三种发育功能：A单独负责萼片，A和B的联合功能导致了花瓣，B和C联合功能导致了雄蕊，心皮的一致性是单独由C控制的。新发现颠覆了这种模式，用时间动态控制取代了空间静控制。

原始出处:

Nature Genetics 39, 901 - 905 (2007)
Published online: 24 June 2007 | doi:10.1038/ng2056

A conserved microRNA module exerts homeotic control over Petunia hybrida and Antirrhinum majus floral organ identity
Maria Cartolano1, Rosa Castillo1, Nadia Efremova1, Markus Kuckenberg1, Jan Zethof2, Tom Gerats2, Zsuzsanna Schwarz-Sommer1 & Michiel Vandenbussche2

It is commonly thought that deep phylogenetic conservation of plant microRNAs (miRNAs) and their targets1, 2 indicates conserved regulatory functions. We show that the blind (bl) mutant of Petunia hybrida3 and the fistulata (fis) mutant of Antirrhinum majus4, 5, which have similar homeotic phenotypes, are recessive alleles of two homologous miRNA-encoding genes. The BL and FIS genes control the spatial restriction of homeotic class C genes6, 7 to the inner floral whorls, but their ubiquitous early floral expression patterns are in contradiction with a potential role in patterning C gene expression. We provide genetic evidence for the unexpected function of the MIRFIS and MIRBL genes in the center of the flower and propose a dynamic mechanism underlying their regulatory role. Notably, Arabidopsis thaliana, a more distantly related species, also contains this miRNA module but does not seem to use it to confine early C gene expression to the center of the flower.

Max Planck Institut für Züchtungsforschung, Plant Molecular Genetics Department, Carl-von-Linne-Weg 10, 50829 K鰈n, Germany.
Radboud University Nijmegen, Institute for Wetlands and Water Research, Plant Genetics Toernooiveld 1, 6525 ED Nijmegen, The Netherlands.