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

【資料簡介】

體細(xì)胞胚發(fā)生是指植物體細(xì)胞在特定誘導(dǎo)條件下，再生為胚胎并進(jìn)而發(fā)育成為獨(dú)立個(gè)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(xì)胞胚發(fā)生的分子機(jī)理是《科學(xué)》評(píng)選的*前沿125個(gè)科學(xué)問題之一，對(duì)于理解植物細(xì)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(dá)細(xì)胞性轉(zhuǎn)錄因子（如LEC1、LEC2和BBM等）均可促使植物體細(xì)胞發(fā)生命運(yùn)轉(zhuǎn)變形成體細(xì)胞胚，在此過程中伴隨著體細(xì)胞表觀組和轉(zhuǎn)錄組的改變。

此項(xiàng)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(xì)胞胚發(fā)育轉(zhuǎn)錄調(diào)控等級(jí)網(wǎng)絡(luò)的上層。外植體的胚性本質(zhì)是體細(xì)胞命運(yùn)重編程的前提條件；當(dāng)種子萌發(fā)后，細(xì)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(dǎo)致體細(xì)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(xì)胞胚的發(fā)生必須以幼嫩胚胎作為外植體這一科學(xué)問題。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，生長素位于調(diào)控等級(jí)網(wǎng)絡(luò)的第二層，它可以快速誘導(dǎo)體細(xì)胞染色質(zhì)開放狀態(tài)的重編程，并同時(shí)激活細(xì)胞性因子的表達(dá)。通過對(duì)染色質(zhì)差異開放區(qū)域進(jìn)行聚類和轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)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(xì)胞性因子位于調(diào)控等級(jí)網(wǎng)絡(luò)的第三層。結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（RNA-seq）與染色質(zhì)免疫共沉淀測(cè)序（ChIP-seq）技術(shù)，發(fā)現(xiàn)LEC2是細(xì)胞性因子的一個(gè)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(dá)誘發(fā)體細(xì)胞胚的發(fā)生。上述這些研究成果描繪了植物體細(xì)胞胚發(fā)生的轉(zhuǎn)錄調(diào)控等級(jí)網(wǎng)絡(luò)，建立了細(xì)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(jìn)一步挖掘參與體細(xì)胞胚發(fā)生的新調(diào)控因子奠定了基礎(chǔ)