唯一單位！武漢大學(xué)，發(fā)Nature

2024.8.30

　　8 月 28 日，武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院孫蒙祥教授課題組在 Nature 雜志在線發(fā)表了題為“Sperm-Origin Paternal Effects on Root Stem Cell Niche Differentiation”的研究論文。該研究報道了兩個父本起源基因參與調(diào)控根干細(xì)胞龕的細(xì)胞命運(yùn)決定，揭示了植物父本起源基因調(diào)控胚根干細(xì)胞發(fā)育的分子機(jī)制。

　　受精作用通過精卵細(xì)胞融合匯集并整合了父母親本遺傳物質(zhì)從而啟動胚胎發(fā)生，產(chǎn)生新一代植物體。父母親本基因如何調(diào)控受精以及受精后的胚胎發(fā)育和器官建成是發(fā)育生物學(xué)的基本科學(xué)問題，相關(guān)研究對于解析植物發(fā)育調(diào)控機(jī)制、理解作物雜交育種分子機(jī)理，至關(guān)重要。但迄今為止，科學(xué)界對此所知甚少。

　　與動物不同的是，植物的精、卵細(xì)胞深埋在母體組織中，很難開展相關(guān)研究工作。經(jīng)過長期摸索，孫蒙祥課題組創(chuàng)建了一套獨(dú)特的卵細(xì)胞分離技術(shù)，并結(jié)合單細(xì)胞測序技術(shù)，結(jié)合精細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組；從中鑒定得到兩個在精細(xì)胞中特異表達(dá)的轉(zhuǎn)錄抑制因子 TREE1 和 DAZ3。

　　在該研究中，作者證實了 TREE1 和其同源基因 DAZ3 為父本起源基因。TREE1 和 DAZ3 突變后，胚根原細(xì)胞發(fā)育命運(yùn)發(fā)生改變，根干細(xì)胞龕分化異常。繼而根發(fā)育異常和根重建能力降低。作者發(fā)現(xiàn)受精后 TREE1 和 DAZ3 結(jié)合到卵細(xì)胞特異表達(dá)的母本起源基因 RKD2 的啟動子上，抑制其在早期胚胎中表達(dá)，以確保胚根原細(xì)胞正常分裂，以及根干細(xì)胞龕的發(fā)育命運(yùn)正常確立。當(dāng) TREE1 和 DAZ3 突變后，RKD2 在早期胚胎中的抑制被解除，胚根原細(xì)胞和根干細(xì)胞龕的命運(yùn)隨之發(fā)生改變。由此，揭示了一條在受精過程中雌雄配子在分子層面上的具體互作途徑，并解析了該途徑靶向調(diào)控胚胎具體器官形成的分子機(jī)制。

　　該研究厘清了以下一系列重要科學(xué)問題。證實了 TREE1 和 DAZ3 僅在精細(xì)胞中，而不在胚根原和根中表達(dá)，卻可以調(diào)控根的發(fā)育，從而揭示了胚后器官發(fā)生存在先天性調(diào)控機(jī)制。揭示了受精作用的一個新的內(nèi)涵，即通過受精作用引入特定的父本基因抑制卵細(xì)胞內(nèi)的母本有害基因的表達(dá)，防止其對胚胎發(fā)育造成傷害，確保后代的正常發(fā)育。研究發(fā)現(xiàn)，精細(xì)胞的某種遺傳缺陷可特異致使根的發(fā)育異常，這一發(fā)現(xiàn)揭示了尚未引起關(guān)注的配子質(zhì)量在后代特定器官形成中的重要調(diào)控作用。

　　武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士后程天河為該論文第一作者，孫蒙祥教授為論文的通訊作者。武漢大學(xué)為唯一作者單位。本研究得到了國家自然科學(xué)基金重大項目，重點(diǎn)項目以及博士后面上項目的資助。

武漢大學(xué)孫蒙祥

武漢大學(xué)等綜合整理

喜歡作者我要約稿