研究人员发现KARAPPO基因并阐明营养繁殖

跨机构研究小组已经揭示了通过克隆子代(胚芽)的发育无性繁殖地形草(Marchantia polymorpha)的无性繁殖机制。他们发现了基因“ KARAPPO”，该基因对于启动艾蒿植物的胚芽发育至关重要。这些发现有望为技术发展提供基础知识，以提高农业和园艺的种植效率。

合作研究团队由神户大学，京都大学，新加坡国立大学和国立基础生物学研究所等机构的成员组成。神户大学理学研究科的成员包括石崎贵介教授，安井由纪夫研究员和高三博士(高三博士)。

这项研究的结果于2019年10月10日发表在《美国生物学》杂志上。

背景

营养繁殖是无性繁殖的一种形式，其中单个植物直接从亲本植物的组织发育而来。通过在宝石杯(图1)中形成自身的克隆(统称为宝石)来繁殖艾草。这些杯子形成在植物的茎或身体上。在宝石杯中，表皮细胞(在植物外部形成保护层)经历细胞伸长，然后经历两个不对称细胞分裂周期，以形成宝石细胞和基底细胞。在最终形成新植物之前，这个宝石细胞会继续分裂。

苔藓植物(苔藓植物，苔藓植物和金缕梅植物)被认为是从陆地植物的藻类祖先进化而来的，而这种祖先已经超过了4.3亿年前。Liverwort是最早分化的植物之一，具有使其能够在陆地上生活的特性。自2017年以来，已经提供了艾蒿的全基因组序列信息。这些植物仅携带最少的遗传信息，这对于研究遗传修饰的作用以及帮助科学家更多地了解陆地植物的机制进化非常有用。 。

方法

该研究小组的研究重点是两种突变的艾蒿，分别名为karappo-1和karappo-2。Karappo在日语中指的是空的，而突变体之所以被赋予这些名称，是因为这些植物的杯中没有最初形成的宝石(图2)。突变体的下一代DNA测序使研究人员能够鉴定出负责宝石菌发育的基因，他们将其命名为“ KARAPPO”。

随后的氨基酸序列分析表明，KARAPPO基因编码RopGEF。ROP是植物中发现的一种小GTP结合蛋白。它就像一个“开关”，并发出一系列细胞过程的信号。ROP激活取决于鸟嘌呤核苷酸交换因子(GEF)，该因子催化GDP释放以促进GTP在ROP中的后续结合。发现在宝石发育的初始阶段，由KARAPPO编码的RopGEF触发了细胞伸长和不对称细胞分裂。这表明，KARAPPO基因对于触发艾蒿营养繁殖过程是绝对必要的。

结论

这些研究结果阐明了有关营养繁殖机制的基础知识。这些发现凸显了ROP驱动的陆地植物中分化细胞的不对称分裂的重要性。这种机制的发展使陆地植物可以无性繁殖和再生克隆，从而使它们能够统治陆地生态系统。对这些机制的进一步研究可能会导致农业和生物技术的革命性技术发展。

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