孫蒙祥教授團(tuán)隊(duì)提出父母親本調(diào)控植物胚胎發(fā)育的新觀點(diǎn)
10月26日，Nature子刊Nature Plants《自然植物》在線發(fā)表了生命科學(xué)學(xué)院孫蒙祥教授團(tuán)隊(duì)題為“Equal parental contribution to the transcriptome is not equal control of embryogenesis”（ 父母親本對(duì)轉(zhuǎn)錄組的同等貢獻(xiàn)不等同于對(duì)胚胎發(fā)育的同等貢獻(xiàn)）的重要成果，提出了關(guān)于父母親本調(diào)控植物胚胎發(fā)育的新觀點(diǎn)。
受精與早期胚胎發(fā)生是動(dòng)植物有性生殖過程中的關(guān)鍵發(fā)育事件，長(zhǎng)期以來一直是發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。受精后，動(dòng)物的早期胚胎是由儲(chǔ)存在卵細(xì)胞中的母本信息控制的，父本基因不轉(zhuǎn)錄。而父母親本對(duì)植物早期胚胎發(fā)育的貢獻(xiàn)一直沒有定論，爭(zhēng)論了近30年。2019年孫蒙祥教授團(tuán)隊(duì)在Developmental Cell上發(fā)表的“Two-Step Maternal-to-Zygotic Transition with Two-Phase Parental Genome Contributions”（Zhao et al., 2019）一文，明確了植物合子基因組在受精后就迅速激活，且父母親本雙方對(duì)合子轉(zhuǎn)錄組具有同等貢獻(xiàn)。然而，父母親本雙方對(duì)合子轉(zhuǎn)錄組的同等貢獻(xiàn)是否意味著對(duì)早期胚胎發(fā)育的同等調(diào)控作用？該團(tuán)隊(duì)隨后的研究提出了與傳統(tǒng)看法不同的觀點(diǎn)。
在動(dòng)物中，受精卵一次分裂形成的子細(xì)胞全部參與后續(xù)胚胎發(fā)生過程。然而，與動(dòng)物胚胎顯著不同的是，植物受精卵一次分裂形成的頂、基細(xì)胞在發(fā)育命運(yùn)及對(duì)胚胎發(fā)生的貢獻(xiàn)截然不同。體積較小的頂細(xì)胞將持續(xù)分裂發(fā)育形成胚胎的主要部分，而體積較大的基細(xì)胞則經(jīng)少數(shù)幾次分裂形成胚柄。有趣的是，該團(tuán)隊(duì)通過不同生態(tài)型擬南芥的遺傳雜交實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)基細(xì)胞的伸長(zhǎng)與分裂主要是由母本控制的。這就為探討認(rèn)識(shí)父母親本對(duì)胚胎發(fā)育貢獻(xiàn)的合理途徑提供了難得的機(jī)會(huì)。
該團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長(zhǎng)期摸索，克服了技術(shù)障礙，利用其創(chuàng)建的“顯微激光切割技術(shù)”成功實(shí)現(xiàn)了原胚頂、基區(qū)域的分離，并結(jié)合單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)構(gòu)建了細(xì)胞系特異的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)平臺(tái)。通過等位表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)父母親本雙方對(duì)胚胎頂細(xì)胞系的轉(zhuǎn)錄組具有同等貢獻(xiàn)，出乎意料的是，盡管基細(xì)胞系形態(tài)建成具有母本控制特征，父母親本對(duì)基細(xì)胞系轉(zhuǎn)錄組也有同等貢獻(xiàn)。從而，首次以確鑿的實(shí)驗(yàn)證據(jù)證實(shí)了父母親本對(duì)胚胎轉(zhuǎn)錄組的貢獻(xiàn)和對(duì)胚胎發(fā)育的貢獻(xiàn)是兩個(gè)不同的發(fā)育生物學(xué)事件，厘清了多年來的一個(gè)認(rèn)識(shí)誤區(qū)。該系列研究對(duì)深入探討胚胎發(fā)育調(diào)控機(jī)理以及正確理解雜交育種中父母親本的具體作用都具有重要指導(dǎo)意義。
Figure 1. Parental contributions to the transcriptomes of apical and basal cell lineages of early proembryos.
該論文是孫蒙祥教授團(tuán)隊(duì)繼2019年Developmental Cell上發(fā)表的關(guān)于植物胚胎“母本-合子基因組控制轉(zhuǎn)換規(guī)律”之后，在父母親本對(duì)植物胚胎貢獻(xiàn)領(lǐng)域的又一代表性成果。生命科學(xué)學(xué)院趙鵬副教授和博士后周雪妹為該論文共同第一作者，孫蒙祥教授和趙鵬副教授為論文共同通訊作者。此項(xiàng)研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金的資助。
鏈接 https://www.nature.com/articles/s41477-020-00793-x
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