孫蒙祥團(tuán)隊(duì)揭示植物雌蕊頂端模式建成和功能特化的調(diào)控機(jī)理
2020年10月1日，武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院孫蒙祥教授課題組在國(guó)際權(quán)威期刊《Current Biology》發(fā)表了題為“Three STIGMA AND STYLE STYLISTs pattern the fine architectures of apical gynoecium and are critical for male gametophyte-pistil interaction”（三個(gè)SSS蛋白構(gòu)建了雌蕊頂端精細(xì)的空間構(gòu)型并在雌蕊-雄配子體相互作用中起重要作用）的研究論文，揭示了植物雌蕊頂端模式建成和功能特化的調(diào)控新機(jī)理。
被子植物的雌蕊起源于心皮融合，其通過(guò)細(xì)胞類(lèi)型和組織分布的適應(yīng)性調(diào)整，進(jìn)化成為適應(yīng)植物有性生殖的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。雌蕊頂端分化形成花柱和柱頭，二者與雄配子體發(fā)生相互作用，對(duì)于植物育性至關(guān)重要。然而，調(diào)控雌蕊頂端模式建成和功能特化的分子機(jī)理仍不清楚。
該研究首次報(bào)告了一個(gè)被子植物特異的新基因家族STIGMA AND STYLE STYLIST（SSS）。通過(guò)基因組復(fù)制，SSS從無(wú)油樟等基部被子植物內(nèi)的單一拷貝演化成一個(gè)多成員基因家族。擬南芥中該家族由SSS1、SSS2和SSS3組成，三者分別在花柱傳輸組織、柱頭和花柱基本組織中優(yōu)勢(shì)表達(dá)，進(jìn)而協(xié)同控制雌蕊頂端模式建成。SSS以劑量依賴(lài)的方式協(xié)同作用，通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞數(shù)量與伸長(zhǎng)來(lái)調(diào)控雌蕊頂端的模式建成。花柱是花粉管生長(zhǎng)的通道，其所形成的微環(huán)境與花粉管發(fā)生相互作用，并為花粉管提供必要的滋養(yǎng)。SSS功能缺陷干擾了花粉管在雌蕊頂端的正常生長(zhǎng)，表現(xiàn)為花粉管伸長(zhǎng)變緩，甚至無(wú)法進(jìn)入花柱。這表明 SSS基因共調(diào)控的雌蕊頂端精細(xì)的形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)于保證雄配子體和雌性組織間的相互作用是十分必要的。因此，該工作揭示了植物雌性生殖器官的細(xì)胞數(shù)按量控制和其精細(xì)的排布形式對(duì)于形成與雄配子體相互作用的適宜界面或微環(huán)境，以便發(fā)揮其特定的功能至關(guān)重要。
進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，SSS基因位于NGA調(diào)控雌蕊頂端發(fā)育信號(hào)通路的下游。前人的研究顯示NGATHA可與TOPLESS互作，行使轉(zhuǎn)錄抑制功能。而該研究中NGA3的下調(diào)表達(dá)株系（amiR-NGA）和上調(diào)表達(dá)株系（ANT>>NGA3）內(nèi)SSS基因的表達(dá)均發(fā)生相應(yīng)地下調(diào)和上調(diào)。這些結(jié)果支持NGA3亦可作為激活因子調(diào)控SSS基因，提示NGA3在植物發(fā)育的不同途徑中具有多樣化的功能。簡(jiǎn)言之，NGA-SSS分子調(diào)控途徑可能是被子植物調(diào)控雌蕊頂端分化和花柱精細(xì)結(jié)構(gòu)建成的保守機(jī)制。
武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李文煒博士和黃小榮博士為本文共同第一作者，孫蒙祥教授和彭雄波副教授為共同通訊作者。本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)博士后科學(xué)基金的支持。
該工作是近年來(lái)孫蒙祥教授團(tuán)隊(duì)繼在Nat Commun（2篇）, Dev Cell, Autophagy等國(guó)際重要期刊上發(fā)表重要成果之后，發(fā)表的又一項(xiàng)重要成果。(原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982220313373)
2020年3月，Nature Communications在線發(fā)表了孫蒙祥教授團(tuán)隊(duì)題為“Cell lineage-specific transcriptome analysis for interpreting cell fate specification of proembryos”（細(xì)胞系特異的轉(zhuǎn)錄組分析解析原胚細(xì)胞命運(yùn)特化機(jī)制）的重要成果，揭示了早期胚胎發(fā)生過(guò)程中細(xì)胞命運(yùn)決定的分子機(jī)制（點(diǎn)擊查看：Nature Commun.｜武漢大學(xué)孫蒙祥教授團(tuán)隊(duì)揭示早期胚胎發(fā)生過(guò)程中細(xì)胞命運(yùn)決定的分子機(jī)制）。
2019年5月，孫蒙祥團(tuán)隊(duì)在Developmental Cell 上發(fā)表了題為wo-Step Maternal-to-Zygotic Transition with Two-Phase Parental Genome Contributions（母本-合子基因組控制的兩步轉(zhuǎn)換與父母親本貢獻(xiàn)的兩種狀態(tài)） 的研究論文，解析了植物卵細(xì)胞、受精卵及早期胚胎的表達(dá)譜特征。揭示了植物受精卵發(fā)育具有兩個(gè)典型階段，早期發(fā)育調(diào)控信息主要來(lái)自于卵細(xì)胞，而后期合子極性的建立及啟動(dòng)細(xì)胞分裂則需要來(lái)自于合子中新合成轉(zhuǎn)錄（點(diǎn)擊查看：Dev. Cell｜武漢大學(xué)孫蒙祥研究組揭秘植物早期胚胎發(fā)生母本控制轉(zhuǎn)換到合子控制的過(guò)程）。
2019年8月該團(tuán)隊(duì)還在Nature Communications發(fā)表了題為Maternal control of suspensor program cell death via gibberellin signaling（母體通過(guò)赤霉素信號(hào)途徑調(diào)控胚柄細(xì)胞程序性死亡），首次揭示了植物細(xì)胞程序性死亡的較為完整的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。（https://www.nature.com/articles/s41467-019-11476-3.pdf）
此外，該團(tuán)隊(duì)2020年2月還在Autophagy上發(fā)表了題為Autophagy-mediated compartmental cytoplasmic deletion is essential for pollen germination and male fertility（自噬介導(dǎo)的細(xì)胞質(zhì)局域性清除是花粉萌發(fā)與雄性可育的必要前提）研究的論文。該研究首次揭示自噬在雄配子體發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮作用的報(bào)道，揭示了花粉萌發(fā)過(guò)程中一個(gè)新的重要環(huán)節(jié)。（https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15548627.2020.1719722）
圖1：SSS基因家族調(diào)控雌蕊頂端模式建成
（A）成熟的野生型雌蕊頂端結(jié)構(gòu)。（B）成熟的sss1 sss2 sss3三突變體雌蕊頂端結(jié)構(gòu)。（C）成熟的SSS135Sox過(guò)表達(dá)株系雌蕊頂端結(jié)構(gòu)。（D）授粉后三天的野生型雌蕊頂端結(jié)構(gòu)。（E）授粉后三天的sss1 sss2 sss3三突變體雌蕊頂端結(jié)構(gòu)。（F）授粉后三天的SSS135Sox過(guò)表達(dá)株系雌蕊頂端結(jié)構(gòu)。
圖2：SSSs是控制雌蕊模式建成的NGA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的新節(jié)點(diǎn)
（A）異常的nga1 nga3 雙突變體雌蕊頂端結(jié)構(gòu)。（B-D）SSS135Sox, SSS235Sox 和 SSS335Sox 過(guò)表達(dá)株系可以挽救nga1 nga3的異常雌蕊頂端結(jié)構(gòu)。
版權(quán)與免責(zé)聲明：本網(wǎng)頁(yè)的內(nèi)容由收集互聯(lián)網(wǎng)上公開(kāi)發(fā)布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其真實(shí)性，也不構(gòu)成其他建議。僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如涉及侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們及時(shí)修改或刪除。郵箱：sales@allpeptide.com