关键词:PLoS遗传学:揭示PIN3调控拟南芥胚珠后期发育的机制

来源：上海交通大学2022年3月25日10:55

上海交通大学林文慧研究组在PLoS Genetics杂志在线发表了一篇名为Pin 3正调控拟南芥胚珠原基晚启动的研究论文，报道了拟南芥胚珠晚发生的现象，进一步完善了胚珠原基批量发生的规律，阐明了胚珠晚发生的原因。

上海交通大学林文慧研究组在PLoS Genetics杂志在线发表了题为Pin 3正调控拟南芥胚珠原基的晚启动的研究论文，报道了拟南芥胚珠晚发生的现象，进一步完善了胚珠原基群体批量发生的规律，阐明了胚珠晚发生的调控机制。上海交通大学生命科学与技术学院博士生胡为论文第一作者，硕士生常金辉为论文合作第一作者，研究员为通讯作者。

种子是高等植物的重要生殖器官，种子的发生和发育决定了种子的数量和产量。胚珠作为种子的前体，是植物生殖生物学的核心问题之一。在模式植物拟南芥、十字花科和豆科中，每个果实包含多个种子。这些植物的胚珠发生决定了一朵花中最大可能的胚珠数量，也极大地影响了每个果实的种子数量和种子产量。因此，研究胚珠发生过程及其调控机制具有重要的科学意义和潜在的应用价值。

排卵作为一种特殊的侧器启动过程，包括细胞命运决定、细胞分化和器官发生等基本生物学问题。由于材料和技术的限制，对胚珠形成过程及其调控机制的研究还不够深入。虽然已经发现一些转录因子、调节蛋白和植物激素参与了胚珠形成的调控，但仍有大量问题没有阐明，尤其是多胚珠形成的规律性与相邻胚珠的发生过程是否相关，尚未见报道。

上海交通大学林文慧研究组的前期工作首先阐明了拟南芥胚珠原基群体在胎座异步发生的规律，分析了生长素输出PIN1的极性定向和生长素信号响应峰的动态变化控制胚珠批量发生的机制。

的研究组通过全基因组关联研究，发现了影响拟南芥单果种子数和种子密度的新位点，并选取其中部分基因进行功能验证，发现PIN3影响单果种子数和种子密度(蒋等，2020)。在这项工作的基础上，林文慧研究组深入研究了PIN3调控胚珠形成的机制。通过干涉相差显微镜的形态学观察和胚珠形成过程中分子标记的荧光信号观察发现，在野生拟南芥中，前两个胚珠原基发生在花发育的第九阶段，到第十阶段，两个胚珠原基的形状和大小接近一致，开始后续的发育。这时，在胚珠原基之间较大的边界上出现了新的胚珠形成现象。与前两个胚珠不同(第二个胚珠几乎总是出现在第一批中每两个胚珠之间)，只有零星的新胚珠出现在较大的现有胚珠之间的边界上。然而，在PIN3功能缺失的突变体中，这部分胚珠生成过程缺失，导致pin3中胚珠的数量和密度减少。研究人员将前两轮胚珠发生(约占总胚珠数的90%)称为早期胚珠发生，第十轮零星胚珠发生(约占总胚珠数的10%)称为晚期胚珠发生。NAA不能补充PIN3胚珠数量少的表型，但毒莠定处理可以补充这种表型，提示pin3介导的生长素极性运输诱导的生长素高峰是胚珠发育后期所必需的。发现PIN1在PIN3中不受影响，推测晚胚珠发生主要受pin3控制。遗传学实验表明，生长素诱导排卵发育的重要调节因子STK可能通过促进雌蕊生长和为排卵后期发育提供足够的空间，间接参与PIN3调节的排卵后期发育。此外，生化实验表明PIN3位于BR信号的下游，BR通过PIN3调节晚胚珠的发生。

综上所述，本研究结合林文慧研究组的前期工作，全面描述了拟南芥胚珠原基批量发生的过程，完善了胚珠原基群体发生的规律性，提出了不同生长素输出介导生长素极性运输和信号响应，从而调控胚珠多步发生的机制。这种复杂的多步机制具有重要的生物学意义，可以推测它可能是植物在进化过程中的一种适应策略：良好的环境和充足的营养体现在胚珠之间更大的边界上，为许多胚珠提供了产生更多后代的机会。了解多胚珠批量发生的调控机制，将有助于提高类似拟南芥的十字花科作物和豆科作物的种子数量和产量。(100yiyao.com)

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