孫蒙祥教授團隊提出父母親本調(diào)控植物胚胎發(fā)育的新觀點
10月26日，Nature子刊Nature Plants《自然植物》在線發(fā)表了生命科學學院孫蒙祥教授團隊題為“Equal parental contribution to the transcriptome is not equal control of embryogenesis”（ 父母親本對轉(zhuǎn)錄組的同等貢獻不等同于對胚胎發(fā)育的同等貢獻）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。
受精與早期胚胎發(fā)生是動植物有性生殖過程中的關(guān)鍵發(fā)育事件，長期以來一直是發(fā)育生物學領(lǐng)域研究的熱點和難點。受精后，動物的早期胚胎是由儲存在卵細胞中的母本信息控制的，父本基因不轉(zhuǎn)錄。而父母親本對植物早期胚胎發(fā)育的貢獻一直沒有定論，爭論了近30年。2019年孫蒙祥教授團隊在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，且父母親本雙方對合子轉(zhuǎn)錄組具有同等貢獻。然而，父母親本雙方對合子轉(zhuǎn)錄組的同等貢獻是否意味著對早期胚胎發(fā)育的同等調(diào)控作用？該團隊隨后的研究提出了與傳統(tǒng)看法不同的觀點。
在動物中，受精卵一次分裂形成的子細胞全部參與后續(xù)胚胎發(fā)生過程。然而，與動物胚胎顯著不同的是，植物受精卵一次分裂形成的頂、基細胞在發(fā)育命運及對胚胎發(fā)生的貢獻截然不同。體積較小的頂細胞將持續(xù)分裂發(fā)育形成胚胎的主要部分，而體積較大的基細胞則經(jīng)少數(shù)幾次分裂形成胚柄。有趣的是，該團隊通過不同生態(tài)型擬南芥的遺傳雜交實驗，發(fā)現(xiàn)基細胞的伸長與分裂主要是由母本控制的。這就為探討認識父母親本對胚胎發(fā)育貢獻的合理途徑提供了難得的機會。
該團隊經(jīng)過長期摸索，克服了技術(shù)障礙，利用其創(chuàng)建的“顯微激光切割技術(shù)”成功實現(xiàn)了原胚頂、基區(qū)域的分離，并結(jié)合單細胞測序技術(shù)構(gòu)建了細胞系特異的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)平臺。通過等位表達分析發(fā)現(xiàn)父母親本雙方對胚胎頂細胞系的轉(zhuǎn)錄組具有同等貢獻，出乎意料的是，盡管基細胞系形態(tài)建成具有母本控制特征，父母親本對基細胞系轉(zhuǎn)錄組也有同等貢獻。從而，首次以確鑿的實驗證據(jù)證實了父母親本對胚胎轉(zhuǎn)錄組的貢獻和對胚胎發(fā)育的貢獻是兩個不同的發(fā)育生物學事件，厘清了多年來的一個認識誤區(qū)。該系列研究對深入探討胚胎發(fā)育調(diào)控機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隊繼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，在父母親本對植物胚胎貢獻領(lǐng)域的又一代表性成果。生命科學學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。此項研究受到國家自然科學基金和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金的資助。
鏈接 https://www.nature.com/articles/s41477-020-00793-x
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