近日,山东农业大学生命科学学院熊峰教授联合德国弗莱堡大学ThomasLaux教授团队在国际著名学术期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表重要研究成果,研究揭示了 WRKY2-WOX2转录模块调控合子非对称分裂的分子机制。
“一粒种子,改变世界”,在种子发育过程中,合子的生长与分裂是植物胚胎发育的首要事件。
在植物有性生殖过程中,精细胞与卵细胞融合形成的受精卵又被称为合子。合子的形成代表着一个新生命的诞生。在模式植物拟南芥中,合子形成之后会快速伸长,伴随着一次不对称分裂 (细胞分裂位于合子顶端,而非合子中间),形成一个较小的顶端细胞和一个较大的基底细胞。顶端细胞随后发育成胚胎的主体,而基底细胞则发育成为胚柄。
合子分裂的异常会直接导致胚胎的发育缺陷,因此对合子分裂调控机制的研究具有重要的科学意义。转录因子WRKY2是合子分裂过程中的核心调控因子,WRKY2的突变会导致合子分裂异常(由不对称分裂变为对称分裂,即细胞分裂板由合子顶端变为细胞中部),产生两个体积大小相似的细胞,进而影响随后的胚胎发育。但长期以来,人们对WRKY2调控合子发育的分子机制研究仍不明确。
熊峰表示,团队长期致力于植物胚胎发育的基础研究,在这项最新的工作中,团队成员通过遗传学、分子生物学、细胞生物学等研究手段发现WOX2的突变可以完全抑制wrky2突变体合子的不正常分裂,说明WOX2是WRKY2下游的核心基因。进一步的研究显示WRKY2可以通过抑制WOX2的表达进而调控合子的分裂过程。该研究为阐明合子分裂的分子调控机制提供了重要信息,为深入理解合子发育提供了重要参考。这些研究成果不仅对于探索植物信号传导网络在种子形成、细胞命运决定和形态建成等基础植物生物学领域具有重要意义,而且为未来的植物性状改良和细胞遗传工程提供了潜在的靶点,为农业生物技术的发展开辟了新的可能性。
生命科学学院教授熊峰为该论文的第一作者兼并列通讯作者,德国弗莱堡大学ThomasLaux教授为通讯作者,德国弗莱堡大学张忠娟博士,龚雯博士(现雷根斯堡大学博士后),Mari鄄taHermann,DenizTiambengBak博士及FraukeGarbsch博士也为本研究做出了重要贡献。该研究得到了德国科学基金会(DFG),国家自然科学基金(NSFC)及山东省泰山学者工程的资助。