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科学家揭示植物再生的秘密

科学家揭示植物再生的秘密

作者发现了芽再生的关键负调节因子 WOX13,它通过充当转录抑制因子来促进非分生细胞的命运,从而影响再生效率。 这一发现为细胞命运规范途径提供了新的见解,并表明敲除 WOX13 可以提高芽再生效率,这可能是农业和园艺中的一个有价值的工具。

日本的研究人员已经确定了如何 WOX13 该基因负面控制可再生植物细胞的命运,从而影响芽更新的效率。

植物具有从体细胞(通常不参与繁殖的普通细胞)完全再生的独特能力。 这个过程包括 再次 顶端分生组织(SAM)的形成(或新的),产生侧生器官,这对于植物重建至关重要。

在细胞水平上,SAM 的形成受到正调节因子(基因/蛋白质分子)的精确控制,这些调节因子可能分别刺激或限制芽更新。 但涉及到哪些粒子呢? 是否还有其他层次的组织尚未透露?

为了回答上述问题,日本奈良科学技术大学(NAIST)领导的一个研究小组研究了这一过程 拟南芥它是遗传研究中常用的植物。

他们的研究 – 发表于 科学进步芽再生的主要负调节因子已被鉴定和表征。 他们展示了如何 与 WUSCHEL 13 相关的同源盒 WOX13(该基因及其蛋白质通过充当转录转录功能,可以增强愈伤组织细胞的非分生(非分裂)功能)核糖核酸级)抑制剂,影响再生效率。

“寻找提高植物芽再生效率的策略是一个漫长的过程。然而,由于相关调控机制不明确,进展受到阻碍。我们的研究通过确定一条新途径填补了这一空白,”生口桃子解释道,这项研究的首席研究员。细胞命运的规范”。

相互抑制的WOX13和WUS在多能愈伤组织细胞的细胞命运规范中发挥关键作用

相互抑制的WOX13和WUS在多能愈伤组织细胞的细胞命运决定中发挥关键作用。 愈伤组织细胞群中 WOX13 和 WUS 的调控机制(左)和空间表达模式(右)示意图。 图片来源:生口桃子

她的团队之前的研究已经证明了其作用 WOX13 用于移植后的组织修复和器官粘连。 因此,他们首先测试了该基因在控制 A 芽更新中的潜在作用 wox13 拟南芥 突变体(有功能障碍的植物 WOX13)使用两步组织培养系统。

表型和成像分析表明,缺乏芽再生的植物的芽再生速度加快(快了 3 天)。 WOX13WOX13 表达式已创建。 此外,在正常植物中, WOX13 SAM 中局部表达水平降低。 这些结果表明 WOX13 它可以负调节芽再生。

为了验证他们的发现,研究人员比较了 沃克斯13 野生型(正常)突变体和植物在多个时间点使用 RNA 测序。 缺席 WOX13 并没有发生明显变化 拟南芥 愈伤组织诱导条件下的基因表达。 然而,导致发射的条件极大地增强了诱导修改 沃克斯13 突变,导致分生组织调节基因的上调。

有趣的是,这些基因在 24 小时内就被抑制了 WOX13 在突变植物中过度表达。 总的来说,他们发现了 WOX13 它在参与细胞扩张和细胞分化的细胞壁调节基因的直接激活过程中抑制分生组织调节因子的子集。 基于 Quartz-Seq2 的单细胞 RNA 测序 (scRNA-seq) 证实了 WOX13 确定多能愈伤组织细胞的命运。

这项研究强调,与其他已知的芽再生负调节因子不同,后者仅抑制从愈伤组织向 SAM 的转变, WOX13 通过鼓励替代命运来防止 SAM 规范。 它通过与调节器的相互抑制调节电路来实现这种抑制 通过抑制转录促进非分生细胞命运 以及其他 SAM 调节剂和诱导型细胞壁修饰剂。

这样, WOX13 作为再生效率的关键调节剂。 我们的研究结果表明淘汰赛 WOX13 增强成像命运获取,提高成像调控效率。 这意味着 WOX13 “基因敲除可以作为农业和园艺的一种工具,并促进组织培养介导的作物再生,”Ikuchi 总结道。

参考文献:“WUSCHEL 相关的 HOMEOBOX 13 通过控制多能愈伤组织的细胞命运来抑制新芽再生”,作者:Nao Ogura、Yohei Sasakawa、Tasuku Ito、Toshiaki Tameshige、Satomi Kawai、Masaki Sano、Yuki Doll、Akira Iwase、Ayako Kawamura、Takamasa。 铃木、Itoshi Nikaido、Keiko Sugimoto 和 Momoko Ikuchi,2023 年 7 月 7 日, 科学进步
DOI:10.1126/sciadv.adg6983

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