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8月28日，武漢大學生命科學學院孫蒙祥教授課題(ti)(ti)組在(zai)Nature雜志(zhi)在(zai)線(xian)發表了(le)題(ti)(ti)為“Sperm-Origin Paternal Effects on Root Stem Cell Niche Differentiation”的研(yan)究(jiu)(jiu)論文。該研(yan)究(jiu)(jiu)報道了(le)兩個父本起源基(ji)因參與(yu)調(diao)控(kong)(kong)根干細胞龕的細胞命運決定(ding)，揭示(shi)了(le)植物父本起源基(ji)因調(diao)控(kong)(kong)胚根干細胞發育的分子機制。
受(shou)精(jing)(jing)作用通(tong)過精(jing)(jing)卵(luan)細(xi)胞融合匯集并(bing)整合了(le)父母親本(ben)遺傳物質從而啟動胚(pei)胎發(fa)生，產生新一代植物體。父母親本(ben)基因(yin)如何調控(kong)(kong)受(shou)精(jing)(jing)以及受(shou)精(jing)(jing)后(hou)的胚(pei)胎發(fa)育(yu)和器官建成是發(fa)育(yu)生物學的基本(ben)科學問題，相關研究對(dui)于(yu)解析植物發(fa)育(yu)調控(kong)(kong)機制、理(li)解作物雜交(jiao)育(yu)種分(fen)子機理(li)，至關重要。但迄(qi)今為止，科學界(jie)對(dui)此所知甚少。
與(yu)動物不同的(de)是，植物的(de)精、卵(luan)細(xi)(xi)胞深(shen)埋在母(mu)體(ti)組(zu)織中(zhong)，很(hen)難開(kai)展(zhan)相關研(yan)究工作。經過(guo)長期摸索，孫(sun)蒙祥(xiang)課題組(zu)創建了一套獨(du)特(te)的(de)卵(luan)細(xi)(xi)胞分離技(ji)術，并結(jie)合單細(xi)(xi)胞測序技(ji)術，結(jie)合精細(xi)(xi)胞轉(zhuan)錄(lu)組(zu);從(cong)中(zhong)鑒(jian)定(ding)得到兩(liang)個在精細(xi)(xi)胞中(zhong)特(te)異表達的(de)轉(zhuan)錄(lu)抑(yi)制因子TREE1和DAZ3。
在(zai)該研究中，作(zuo)者證實了TREE1和(he)其(qi)同(tong)源(yuan)基(ji)因(yin)(yin)DAZ3為父(fu)本起源(yuan)基(ji)因(yin)(yin)。TREE1和(he)DAZ3突變(bian)后(hou)，胚(pei)根(gen)原(yuan)(yuan)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)發育命(ming)運(yun)發生改變(bian)，根(gen)干(gan)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)龕(kan)分化異(yi)常。繼而根(gen)發育異(yi)常和(he)根(gen)重建能力降低。作(zuo)者發現受精(jing)后(hou)TREE1和(he)DAZ3結(jie)合到卵細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)特異(yi)表達的(de)(de)母本起源(yuan)基(ji)因(yin)(yin)RKD2的(de)(de)啟(qi)動(dong)子上，抑(yi)制其(qi)在(zai)早期胚(pei)胎中表達，以確保胚(pei)根(gen)原(yuan)(yuan)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)正常分裂，以及根(gen)干(gan)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)龕(kan)的(de)(de)發育命(ming)運(yun)正常確立(li)。當TREE1和(he)DAZ3突變(bian)后(hou)，RKD2在(zai)早期胚(pei)胎中的(de)(de)抑(yi)制被解除，胚(pei)根(gen)原(yuan)(yuan)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)和(he)根(gen)干(gan)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)龕(kan)的(de)(de)命(ming)運(yun)隨之發生改變(bian)。由此，揭(jie)示(shi)了一(yi)條(tiao)在(zai)受精(jing)過程中雌(ci)雄(xiong)配子在(zai)分子層面上的(de)(de)具體(ti)互作(zuo)途徑，并解析了該途徑靶向調控胚(pei)胎具體(ti)器官形成的(de)(de)分子機制。
該研(yan)(yan)究厘清了(le)(le)以(yi)下一(yi)(yi)系(xi)列重要科學問題。證實了(le)(le)TREE1和DAZ3僅(jin)在精(jing)細(xi)(xi)胞中(zhong)，而不在胚根原和根中(zhong)表(biao)達(da)，卻可以(yi)調控(kong)根的發(fa)(fa)育(yu)，從而揭(jie)(jie)示(shi)了(le)(le)胚后(hou)(hou)器官發(fa)(fa)生存在先天(tian)性調控(kong)機制。揭(jie)(jie)示(shi)了(le)(le)受(shou)精(jing)作用的一(yi)(yi)個(ge)新的內涵(han)，即通過受(shou)精(jing)作用引入特(te)定的父(fu)本(ben)基(ji)因抑制卵細(xi)(xi)胞內的母本(ben)有害基(ji)因的表(biao)達(da)，防止其對胚胎(tai)發(fa)(fa)育(yu)造(zao)成(cheng)傷害，確保(bao)后(hou)(hou)代的正常發(fa)(fa)育(yu)。研(yan)(yan)究發(fa)(fa)現，精(jing)細(xi)(xi)胞的某種(zhong)遺傳缺陷(xian)可特(te)異(yi)(yi)致使根的發(fa)(fa)育(yu)異(yi)(yi)常，這一(yi)(yi)發(fa)(fa)現揭(jie)(jie)示(shi)了(le)(le)尚未引起(qi)關(guan)注的配(pei)子質量(liang)在后(hou)(hou)代特(te)定器官形成(cheng)中(zhong)的重要調控(kong)作用。
武(wu)(wu)漢(han)大(da)學(xue)(xue)生命科學(xue)(xue)學(xue)(xue)院博士后(hou)(hou)程(cheng)天河為(wei)該論文(wen)第一作(zuo)(zuo)者(zhe)，孫蒙祥教授為(wei)論文(wen)的(de)通訊作(zuo)(zuo)者(zhe)。武(wu)(wu)漢(han)大(da)學(xue)(xue)為(wei)唯一作(zuo)(zuo)者(zhe)單位。本研究得到(dao)了國家自然科學(xue)(xue)基金重(zhong)大(da)項(xiang)目，重(zhong)點項(xiang)目以(yi)及博士后(hou)(hou)面上項(xiang)目的(de)資助。
論文鏈接：
//www.nature.com/articles/s41586-024-07885-0
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