近日，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合德國弗萊堡大學(xué)在《PNAS》發(fā)表了題為“Integration of basal and apical embryo lineage regulators controls F-actin cable integrity and zygote asymmetry in Arabidopsis”的研究論文, 揭示了WRKY2-WOX2轉(zhuǎn)錄模塊調(diào)控擬南芥合子極性建立的分子機制。

在植物胚胎發(fā)育過程中，合子的極性建立和不對稱分裂是植物體軸形態(tài)建立的基礎(chǔ)。在模式植物擬南芥中，合子通過一次不對稱分裂產(chǎn)生一個較小的頂端細(xì)胞和一個較大的基底細(xì)胞。頂端細(xì)胞隨后發(fā)育成胚胎的主體，而基底細(xì)胞則發(fā)育成為胚柄。這兩者共同構(gòu)成了植物的頂-基體軸；合子極性的異常會直接影響頂基軸的建立，從而導(dǎo)致進(jìn)一步的發(fā)育缺陷。先前的研究表明，擬南芥合子極性的建立是由絲裂原活化激酶 (Mitogen-activated protein kinase, MAPK) 級聯(lián)YODA-MKK4/5-MPK3/6信號通路所控制的。在此通路中，MPK3/6通過磷酸化核心轉(zhuǎn)錄因子WRKY2，直接激活WOX8的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控了合子的極性建立及隨后的胚胎發(fā)育過程。但在wkry2突變體中過量表達(dá)WOX8 并不能完全恢復(fù) wrky2 突變體的合子表型，暗示可能還有參與此過程的其他成員尚未被發(fā)現(xiàn)。因此解析 WRKY2 下游的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，對于深入理解合子極性建立具有重要意義。

本研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子WOX2對于YODA-MKK4/5-MPK3/6-WRKY2信號通路具有顯著的遺傳上位性。WOX2的突變可以顯著回補wrky2突變體及MAPK信號通路相關(guān)突變體的合子非對稱分裂表型，且WOX2的過量表達(dá)可以表現(xiàn)出與wrky2突變體相似的合子表型 (圖1)，暗示了WOX2是YODA-MKK4/5-MPK3/6-WRKY2信號通路下游的核心調(diào)控因子。 進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，WRKY2可以在合子中抑制WOX2的表達(dá)，解除WOX2對于WOX8的抑制，調(diào)控微絲骨架在合子中的穩(wěn)定性，進(jìn)而促進(jìn)合子的非對稱分裂。綜上所述，該研究為闡明合子非對稱分裂的分子調(diào)控機制提供了重要信息，為深入理解合子極性建立提供了重要參考。

圖1、WOX2的突變可以恢復(fù)wrky2突變體的合子表型

生命科學(xué)學(xué)院熊峰教授為該論文的第一作者兼并列通訊作者，德國弗萊堡大學(xué)Thomas Laux教授為通訊作者，德國弗萊堡大學(xué)張忠娟博士，龔雯博士（現(xiàn)雷根斯堡大學(xué)博士后），Marita Hermann，Deniz Tiambeng Bak博士及Frauke Garbsch博士也為本研究做出了重要貢獻(xiàn)。該研究得到了德國科學(xué)基金會（DFG），國家自然科學(xué)基金（NSFC）及山東省泰山學(xué)者工程的資助。

值得一提的是，該研究團(tuán)隊近日還在《New Phytologist》上發(fā)表了題為“A tripartite transcriptional module regulates protoderm specification during embryogenesis in Arabidopsis”的研究論文, 揭示了擬南芥KETCH1-JANUS-WOX2模塊調(diào)控胚胎表皮原特化的分子機制。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)王晨晨副教授為該論文的第一作者，生命科學(xué)學(xué)院熊峰教授、李廈教授及德國弗萊堡大學(xué)Thomas Laux教授為論文的通訊作者，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士生高揚，德國弗萊堡大學(xué)龔雯博士（現(xiàn)雷根斯堡大學(xué)博士后）為本研究做出了重要貢獻(xiàn), 南開大學(xué)張彥教授為本研究提供了重要指導(dǎo)。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（NSFC），山東省泰山學(xué)者工程及德國科學(xué)基金會（DFG）的資助。

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波