DOG1基因与种子休眠研究进展

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种子的休眠与萌发依赖于遗传和环境因子的互作,但主要受内在遗传因子的调控,其调控元件包括ABA(脱落酸)和GA(赤霉素)信号传导途径中的一系列相关基因。DOG1基因(Delay Of Germination 1)是调控种子休眠水平的特异相关基因,在高度休眠的拟南芥Cvi种群中首次发现,初步认为可能参与ABA信号传导途径。DOG1基因在双子叶和单子叶植物中普遍存在,在拟南芥中包括5个成员(DOG1、DOGL1-4)。DOG1基因已成为种子休眠研究的热点,目前的研究主要围绕DOG1基因的表达特性、基因功能及其调控信号通路等方面。在表达特性方面,DOG1基因通常在发育或成熟的种子中开始表达,表达水平与植物的休眠程度高度相关,表达水平越高,种子休眠程度越深。DOG1对母体环境的温度变化有着高度敏感性,在种子成熟期,低温能够促进其表达,其表达水平不会因浸种和后熟作用而发生改变,即使种子已经解除休眠。在基因功能方面,DOG1对种子原生休眠的诱导与维持及种子萌发都有一定调控作用,参与对高温和长期低温层积种子的次生休眠的诱导。DOG1基因可能充当种子的环境信号感受器,可以感知环境温度及光照等信息,为种子对特定环境提供休眠适应,并调控开启适宜种子萌发的时间窗口,以此来调节种子的休眠与萌发。在调控信号通路方面,DOG1可能没有参与ABA信号传导途径,但与ABA介导的糖信号通路间存在着正向反馈调控,一方面,Cvi-DOG1的表达需要ABA介导的糖信号通路,葡萄糖能诱导Cvi-DOG1基因的表达;另一方面,Cvi-DOG1能增强糖诱导ABI4的表达,从而增强ABA介导的糖信号通路。DOG1基因也可能参与调节GA信号途径,能促进种子成熟期GA的代谢,可通过响应环境温度变化来抑制GA介导的胚乳帽降解进而影响种子的休眠与萌发。DOG1与ABA和GA之间的调控关系可能不是直接相关的,而是通过某些间接作用相互影响,其可能是通过某些间接作用影响GA代谢进而影响ABA/GA水平来调控种子的休眠与萌发。目前有关DOG1的研究尚未深入阐明DOG1基因的功能及其蛋白作用,其休眠调控信号通路和分子机理也尚不明晰。未来通过深入开展相关研究,明确DOG1基因对环境信号的响应模式及与ABA和GA等信号通路的互作关系,系统揭示DOG1基因参与调控种子休眠的信号通路和分子机理,有望为杂草综合防控策略的制订提供重要理论依据。
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