研究揭示植物體細胞胚發(fā)生的轉(zhuǎn)錄調(diào)控等級網(wǎng)絡(luò)

【資料簡介】

體細胞胚發(fā)生是指植物體細胞在特定誘導條件下，再生為胚胎并進而發(fā)育成為獨立個體的過程。它是現(xiàn)今創(chuàng)制轉(zhuǎn)基因作物的主要方式。體細胞胚發(fā)生的分子機理是《科學》評選的*前沿125個科學問題之一，對于理解植物細胞的性具有重要理論意義。先前研究表明，高濃度生長素、非生物脅迫或過表達細胞性轉(zhuǎn)錄因子（如LEC1、LEC2和BBM等）均可促使植物體細胞發(fā)生命運轉(zhuǎn)變形成體細胞胚，在此過程中伴隨著體細胞表觀組和轉(zhuǎn)錄組的改變。

此項研究中，研究人員首先利用ATAC-seq技術(shù)發(fā)現(xiàn)外植體的發(fā)育年齡階段位于體細胞胚發(fā)育轉(zhuǎn)錄調(diào)控等級網(wǎng)絡(luò)的上層。外植體的胚性本質(zhì)是體細胞命運重編程的前提條件；當種子萌發(fā)后，細胞性基因座位的染色質(zhì)狀態(tài)迅速由開放轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)閉，導致體細胞胚發(fā)生能力的喪失。這一發(fā)現(xiàn)回答了為什么植物體細胞胚的發(fā)生必須以幼嫩胚胎作為外植體這一科學問題。進一步研究發(fā)現(xiàn)，生長素位于調(diào)控等級網(wǎng)絡(luò)的第二層，它可以快速誘導體細胞染色質(zhì)開放狀態(tài)的重編程，并同時激活細胞性因子的表達。通過對染色質(zhì)差異開放區(qū)域進行聚類和轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點富集分析，發(fā)現(xiàn)WRKY、CAMTA和TCP等轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子家族成員可能參與了這一階段染色質(zhì)開放狀態(tài)的重塑。LEC1、LEC2和BBM等細胞性因子位于調(diào)控等級網(wǎng)絡(luò)的第三層。結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測序（RNA-seq）與染色質(zhì)免疫共沉淀測序（ChIP-seq）技術(shù)，發(fā)現(xiàn)LEC2是細胞性因子的一個功能輸出口，它通過直接激活早期胚胎發(fā)育關(guān)鍵基因WOX2和WOX3的表達誘發(fā)體細胞胚的發(fā)生。上述這些研究成果描繪了植物體細胞胚發(fā)生的轉(zhuǎn)錄調(diào)控等級網(wǎng)絡(luò)，建立了細胞性轉(zhuǎn)錄因子與早期胚胎發(fā)育的直接連接。相關(guān)的ATAC-seq數(shù)據(jù)庫也為進一步挖掘參與體細胞胚發(fā)生的新調(diào)控因子奠定了基礎(chǔ)