生命学院汪颖研究组与合作者在植物单细胞再生机制研究中取得重要进展

  • 图文/汪颖 (生命科学学院)
  • 创建于 2021-08-29
  • 2540

  不同于高等动物,高等植物细胞命运可塑性高,分化的植物体细胞可以获得全能性 (totipotency),再生出完整可育植株(图1)。植物单细胞再生在农业、园艺上具有广泛应用价值,是遗传转化的常用途径。虽然很多种类的植物均通过单个已分化体细胞的再生获得完整植株,但关于植物单细胞再生机制目前仍知之甚少。

 

图1. 拟南芥原生质体的再生过程

  国科大生命学院汪颖课题组与中科院遗传发育所/北京大学焦雨铃课题组合作提出单细胞再生的“转录组选择演化”模型:原生质体化后的基因随机表达在单细胞水平创造了演化的基础,培养条件则选择出能够再生的基因表达组合(即转录组)。研究成果于2021年8月11日以“Stochastic gene expression drives mesophyll protoplast regeneration”为题发表于Science Advances (IF=13.117)上(DOI:10.1126/sciadv.abg8466,图2)。


图2. 网站文章索引图

  研究者发现WUS与DRN是两个拟南芥叶肉细胞再生所必需的转录因子,并能促进再生(图3)。结合活体荧光追踪成像、单细胞转录组分析及单核转录组分析等技术手段,研究人员发现在植物细胞的原生质体化(主要通过细胞壁消化手段实现)过程中,基因的随机表达在全基因组水平有所增加(图4)。与此相一致的是,研究人员还发现原生质体化后染色质开放程度增加,这可能直接导致基因随机表达的增加。同时,研究人员发现人为添加化学物质增加染色质开放程度也可以提升原生质体再生效率。该研究为植物单细胞再生机制提供了新思路,也为动物体细胞再生研究提供借鉴。


图3. WUS和DRN在原生质体再生过程中持续表达


图4. 植物细胞原生质体化过程中染色质开放程度增加,促进再生

  徐梦雪博士和杜青伟博士为该论文的共同第一作者,汪颖副教授和焦雨铃研究员为本文的共同通讯作者。该研究受到国家重点研发计划项目和国家自然科学基金的资助。

  过去一年中,汪颖课题组在植物发育生物学领域取得了一系列研究成果,先后在Journal of Genetics and Genomics (IF = 5.065) 和Molecular Plant (IF = 12.084)上发表通讯作者和共同通讯作者论文。

  文章链接:Stochastic gene expression drives mesophyll protoplast regeneration | Science Advances (sciencemag.org)

责任编辑:高塬