近日，農(nóng)學(xué)院曾范昌教授課題組在New Phytologist在線發(fā)表了題為“Organelle Ca2+/CAM1-SELTPconfers somatic cell embryogenic competence acquisition and transformation in plant regeneration”的研究論文報(bào)道了最新進(jìn)展，該研究成果揭示了作物離體胚性分化與再生過程中，質(zhì)體組裝蛋白SELTP及其互作因子CAM1協(xié)同調(diào)控胚性能力胞內(nèi)起始和胞間傳遞誘導(dǎo)的分子機(jī)制，為作物無性生殖調(diào)控與高效細(xì)胞工程提供重要理論依據(jù)與技術(shù)支撐，在作物生物工程育種、無性快繁與人工種子、植物工廠等研究方面具有科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

體細(xì)胞胚性分化與植株再生是體細(xì)胞向胚胎發(fā)生途徑轉(zhuǎn)變的發(fā)育再建過程，是植物無性生殖的體外途徑和表現(xiàn)形式，是植物發(fā)育過程的獨(dú)特現(xiàn)象。離體胚性分化與無性生殖調(diào)控機(jī)理被認(rèn)為是非常重要的科學(xué)謎題之一。同時(shí)這一生物過程又是作物細(xì)胞與基因工程、無性快繁、優(yōu)異種質(zhì)遺傳固定與變異篩選、人工種子的重要環(huán)節(jié)和基礎(chǔ)，是生物技術(shù)育種發(fā)展的制約因素和突出短板。在眾多作物的組織培養(yǎng)、細(xì)胞與基因工程等生物技術(shù)應(yīng)用過程中，還無法從根本上高效精準(zhǔn)地調(diào)節(jié)和控制體細(xì)胞胚性分化與植株再生過程，這在很大程度上限制了作物細(xì)胞與基因工程在未來生物育種上的應(yīng)用。所以，在這一復(fù)雜而協(xié)調(diào)的過程中，離體細(xì)胞不同胚性分化命運(yùn)和發(fā)育方向的精準(zhǔn)調(diào)控模式亟待解析，其中離體組織內(nèi)的細(xì)胞群是如何啟動分化和交流互動知之甚少，值得深入研究探索。

研究者以生物工程育種經(jīng)典作物棉花為研究材料，系統(tǒng)解析了離體細(xì)胞胚性分化過程的兩個(gè)細(xì)胞事件：體細(xì)胞分化為胚性原細(xì)胞（細(xì)胞內(nèi)事件）、胚性細(xì)胞與周圍非胚性細(xì)胞溝通交流（細(xì)胞間事件）。該研究證明了SELTP及其互作因子CAM1具有一致的質(zhì)體-胞間連絲動態(tài)亞細(xì)胞定位模式和相反的功能效應(yīng)，CAM1通過抑制SELTP從而觸發(fā)體細(xì)胞胚性能力的獲得。進(jìn)一步揭示了細(xì)胞器（質(zhì)體-胞間連絲）介導(dǎo)的Ca2+/CAM1-SELTP調(diào)控機(jī)制，質(zhì)體相關(guān)的SELTP和CAM1協(xié)同作用，調(diào)控體細(xì)胞命運(yùn)轉(zhuǎn)變與胚性起始，并隨后通過胞間連絲招募并向周圍非胚性細(xì)胞傳遞交流，誘導(dǎo)組織向胚性分化再生方向轉(zhuǎn)變。本研究為理解體細(xì)胞胚性能力獲得和植物再生的細(xì)胞調(diào)控路徑與分子機(jī)制提供了新的見解，為植物細(xì)胞工程提供了細(xì)胞器調(diào)控層面上的理論新依據(jù)，同時(shí)對促進(jìn)作物生物工程與無性育種/繁育技術(shù)發(fā)展具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

圖1. 細(xì)胞器（質(zhì)體與胞間連絲）介導(dǎo)的Ca2+/CAM1-SELTP

調(diào)控胚性胞內(nèi)啟動與胞間傳遞誘導(dǎo)模型圖

郭慧慧、郭海霞、張莉?yàn)檎撐牡牟⒘械谝蛔髡?，曾范昌教授為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金、山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、中國科協(xié)的資助。

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波