自然植物:研究揭示了植物婴儿期代际重置的强大机制

来源：分子植物科学卓越创新中心2022-03-24 17:58

多细胞生物在整个生命周期中一般会经历发育阶段的相变，其中婴儿期的存在对于避免与成年个体的生殖竞争或为繁殖后代积累足够的物质和能量具有关键意义。与动物不同的是，植物的生殖细胞或合子都来源于成年体细胞，因此在世代交替中必然要经历幼株的更替过程，具体的分子机制目前还没有完全分析清楚。先前的研究发现微小RNA156(miR15

多细胞生物在整个生命周期中一般会经历发育阶段的相变，其中婴儿期的存在对于避免与成年个体的生殖竞争或为繁殖后代积累足够的物质和能量具有关键意义。与动物不同的是，植物的生殖细胞或合子都来源于成年体细胞，因此在世代交替中必然要经历幼株的更替过程，具体的分子机制目前还没有完全分析清楚。

先前的研究发现，在植物中具有相似序列的microRNA156(miR156)和miR157对于婴儿期的维持是充分和必要的。miR156/7在幼苗中的含量很高，随着植物的生长发育逐渐降低，表明miR156/7在世代交替中必然会经历一个重置过程。MiR156/7分别由8个和4个前体基因产生。因此，对MIR156/7再激活的全面研究将有助于进一步分析植物幼年重置乃至整个代际重置的根本机制。

《自然-植物》 (Nature Plants)在线发表了由中国科学院分子植物科学卓越与创新中心王家卫研究组完成的题为《研究阿拉伯每一代生存力的稳健机制》的研究论文。在同一时期，发表了一份研究简报(植物禧年的跨代重置)。本研究通过遗传学、分子生物学和多组学分析，系统描述了拟南芥MIR156/7家族成员在世代交替中的重置过程，解释了MIR156/7表达重置和婴儿期重置对植物正常生长发育的重要性，揭示了转录因子LEAFY subtoilet 2(le C2)在主要家族成员MIR156A/C的世代间重置中的关键作用。

研究人员利用RNA原位杂交、荧光报告系统和小RNA-seq对MIR156/7家族进行了调查，发现拟南芥所有成员在世代交替过程中都存在表达重置，只是时间节点不同，潜在机制不同。其中起主要作用的MIR156A/B/C在配子形成过程中被激活，而MIR157A/C在种子萌发过程中开启表达。

借助CRISPR/Cas9技术，研究克服了以往T-DNA插入突变体对非编码基因的限制，获得了MIR156/7完全基因敲除突变体、MIR156八基因敲除突变体和MIR156/7完全敲除十二基因敲除突变体。在这些突变体中，植物的幼态都有不同程度的缩短；在十二基因的突变体中，甚至有可能不长出真叶就直接抽薹开花。这进一步表明在植物世代交替中重置MIR156/7的表达和重置年轻阶段的重要性。

利用ATAC-seq和H3K27me3 ChIP-seq，我们在MIR156A/C基因上游发现了一个随着生长发育染色质可及性逐渐降低的区域，命名为幼态重置区(JRR)，并证明该区域在miR156和幼态的重置中起重要作用。进一步发现，胚胎发育过程中的重要调节因子LEC2通过直接与JRR中的ry基序结合，参与了世代交替中MIR156A/C的重置过程。植物春化途径的核心调节因子——开花位点C(FLC)的重置也受LEC2的调节。age途径的核心因子MiR156/7是一个多基因家族成员，采用不同的重置途径来保证植物重置在幼年阶段的鲁棒性。它们之间的异同将有助于科学家理解

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