武大生科院发表Developmental Cell 攻克植物早期胚胎发生过程中长期难题

【字体: 时间:2019年05月15日 来源:生物通

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  武汉大学孙蒙祥教授团队发表了题为“Two-Step Maternal-to-Zygotic Transition with Two-Phase Parental Genome Contributions”的文章,系统地分析了植物母本控制开始转换到合子控制转换的特点,为该领域长期迷惑不解的问题提供了明确可信的答案,也为相关研究突破技术瓶颈提供了范例。

  

武汉大学孙蒙祥教授团队发表了题为“Two-Step Maternal-to-Zygotic Transition with Two-Phase Parental Genome Contributions”的文章,系统地分析了植物母本控制开始转换到合子控制转换的特点,为该领域长期迷惑不解的问题提供了明确可信的答案,也为相关研究突破技术瓶颈提供了范例。

这一研究成果公布在5月9日的Developmental Cell杂志上,发现了父、母亲本基因组在植物胚胎由母本控制向合子控制转换过程中的贡献,文章第一作者为赵鹏,孙蒙祥教授为通讯作者。

植物胚胎由母本控制向合子控制转换过程

研究人员以双子叶植物拟南芥为材料,建立了一系列单细胞操作技术,成功分离了深埋在母体组织内生活卵细胞、合子及早期胚胎;并利用单细胞测序技术解析了卵细胞、受精卵及早期胚胎的表达谱特征,构建了目前最为完整的拟南芥卵细胞、合子和早期胚胎表达谱数据库。

研究团队发现植物ZGA与动物一样,具有母本信息清除和合子基因组激活两个过程。但植物受精卵基因组激活的时间进程及父、母亲本双方的贡献具有区别于动物的独特性;该研究从全基因组水平证实了合子基因组的激活在受精卵时期已经开始,远远早于动物。同时,他们通过构建拟南芥杂种合子表达谱并结合独特的胚珠培养系统,发现植物受精卵发育具有两个典型阶段,早期发育调控信息主要来自于卵细胞,而后期合子极性的建立及启动细胞分裂则需要来自于合子的从头合成的新转录本。

受精与早期胚胎发生是被子植物赖以传宗接代、形成种子的重要发育过程,长期以来一直是植物发育生物学研究领域的热点和难点。其中一个重要的发育事件是合子基因组激活(ZGA, zygotic genome activation),合子基因激活标志着发育过程由母本控制开始转换到合子控制(maternal-to-zygotic transition),此时胚胎开始合成自己的mRNA和蛋白质,而不再依赖于卵细胞中储藏的母本mRNA和蛋白质,意味着胚胎发育程序的建立。

动物合子的早期发育信息储存于卵细胞内,其合子基因激活发生于多细胞胚胎期,因而其早期发育是母本信息控制的(maternal control)。而植物中母本控制到合子控制转换的时间以及父、母亲本双方在早期胚胎发生过程的贡献,由于植物卵细胞与早期胚胎发生过程历时很短且深埋在母体组织内,开展相关研究工作十分艰难。这项新研究打破技术壁垒,使这一问题迎刃而解。

原文标题:

Two-Step Maternal-to-Zygotic Transition with Two-Phase Parental Genome Contributions



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