生物技术通报 | 秦源—生长素信号途径参与调控拟南芥雌配子体发育研究进展

文摘 2024-07-23 15:07 北京

杨嘉泓，李婧怡，吴佳昊，黄幼梅，刘艳芬，秦源，蔡汉阳

DOI:10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2024-0109

生长素（auxin）是植物中广泛存在一类植物激素，通过影响细胞分裂、伸长和分化调控植物器官建成，生长素信号途径是植物调控生长发育的重要植物激素途径之一。雌配子体发育是开花植物有性生殖的重要前提，包括大孢子发生和雌配子体发生两个过程，该过程决定植物能否正常受精作用并完成世代繁衍。植物雌配子体的发育过程涉及不同类型细胞之间的信号传递、表观遗传、植物激素等多个层次之间的相互调控，使得胚珠中有且只有一个体细胞特化成为大孢子母细胞并进入减数分裂形成雌配子。

近日，《生物技术通报》特邀福建农林大学秦源教授团队发表《生长素信号途径参与调控拟南芥雌配子体发育研究进展》文章。本文综述了生长素的合成、动态平衡和信号转导以及生长素调控大孢子发生和雌配子体发生相关研究，旨在对生长素激素信号途径调控雌性生殖系建成提供参考。

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本文主要包括以下几部分内容：

1 生长素的合成与动态平衡

2 生长素转运和生长素的信号转导

3 生长素在拟南芥胚珠中的极性分布

4 生长素参与调控拟南芥雌性生殖系建成

4.1 生长素参与调控拟南芥大孢子发生

4.2 生长素参与调控拟南芥雌配子体发生

5 总结与展望

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在植物中存在着生长素、细胞分裂素、油菜素内酯、赤霉素等多种植物激素信号途径，各信号途径之间并非完全独立，而是相互协调调控植物营养生长和生殖发育。生长素信号途径是多条信号途径调控网络的中心，整合细胞内外的信号途径。生长素、细胞分裂素和油菜素内酯各信号途径之间相互作用在拟南芥胚珠的大孢子发生阶段和雌配子体发生阶段的具体作用机制仍需进一步探究。

目前，对植物配子体的研究主要集中在雄配子体，生长素在调控雌配子体发育中大孢子发生、大孢子母细胞特化以及大孢子母细胞命运决定的分子机制仍很不清楚。然而，大孢子母细胞的产生标志着拟南芥雌性生殖系发育的起始，大孢子母细胞发育正常与否直接决定植株能否受精并繁衍后代。因此，揭示生长素在大孢子发生阶段的调控网络和作用机理具有重要的理论和实践意义。

生长素信号途径涉及诸多基因的参与和调控，这些基因在胚珠中的功能和调控网络仍有待揭示，目前研究证据指向生长素主要通过形成极性浓度梯度来调控胚珠发育。关于调控植物雌配子体发育的关键基因仍较少。可以通过正向遗传学大规模筛选的方法，获得雌配子发生异常的突变体，利用基因克隆技术，挖掘调控雌性生殖的关键基因。此外，通过生长素施加处理、激光辅助显微切割、特异细胞荧光分选和转录组分析等技术，挖掘生长素合成和运输的关键作用因子，筛选介导雌配子体发育的候选基因，将有助于构建生长素调控胚珠发育的信号网络，进而深入且全面地揭示雌配子体发育的分子机理。

作者简介：

秦源，福建农林大学生命科学学院、未来技术学院院长，教育部“长江学者”特聘教授，“国家优秀青年科学基金”获得者，中英人才项目“牛顿高级学者基金”获得者，福建省“百人计划”，福建省高校领军人才。主要从事植物雌配子体发育的分子机理、植物生殖的分子调控等方面的研究。以第一作者或（并列）通讯作者在PNAS, Current Biology, Plant Cell等期刊发表SCI论文90余篇。获2020年度福建省自然科学奖二等奖（第1完成人）。

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