Science文章：植物的体细胞到生殖细胞

一个国际科学团体发现了一种使植物普通体细胞转化为有性生殖细胞的调节方式。研究人员在《Science》报道了他们的新发现。

　　

与人类和动物不同，植物的生殖细胞是在花的生殖器官（雌蕊和雄蕊）中从体细胞重新演变的。植物的早期胚胎发育，并没有为将来的配子（生殖细胞）产生预留专门的细胞系。

被选中的体细胞的细胞分裂模式从有丝分裂转变为减数分裂，以减少染色体的数量，方便基因重组。在恰当的部位，恰当的时间，将体细胞变为生殖细胞，这就是植物的进化策略。

Freiburg大学的植物生物学家Thomas Laux教授和其同事们在模式生物拟南芥中鉴定了多个控制细胞从有丝分裂（mitose）转换到减数分裂（meiose）的基因。

开花植物的种子通常只携带一个单胚（single embryo），周围其他细胞都属于营养组织，胚乳的功能类似于哺乳动物的胎盘。因此每个种子的发育单位只有一个。文章的出发点是想让每个胚珠（ovule）中多发育出几个生殖细胞。

其中一项比较关键发现是，科学家们找到了一个能限制WUSCHEL转录因子活性的通路。WUSCHEL转录因子是Laux实验室几年前鉴定出的，多能干细胞（pluripotent stem cells）的重要调节因子。

在制造生殖细胞的过程中，发现WUSCHEL的参与是“生殖胚珠和茎分生组织是由古老植物的同一前体器官进化而来”分子水平证据。这项调节机制新发现解释了植物如何控制生殖细胞生产程序，只允许每个胚珠只发育出一个生殖细胞，让周围的其他细胞承担其他任务。（是WUSCHEL开启了减数分裂的阀门，并且控制植物产生有限数量的生殖细胞）

随后，科学家们还检测到了减数分裂启动的一系列级联调控分子，始于KIP相关蛋白（KIP-RELATED PROTEIN，KRP）类细胞周期蛋白依赖激酶（cyclin-dependent kinase，CDK）抑制剂。限制CDKA，依赖性失活拟南芥的同源RBR1，因此突变rbr1基因和三个krp基因都可以使原本减数分裂的细胞进行有丝分裂。不过，种子发育受阻，会导致不育突变株。RBR1的其中一个功能是直接抑制干细胞因子WUSCHEL，从而造成突变株WUSCHEL的异位积累。人为消耗WUSCHEL，可以恢复rbr1突变株单个性母细胞的形成。但是，异位表达WUSCHEL无法诱导减数分裂转为有丝分裂。这表示，RBR1是性母细胞分化的核心。索取NEB定点突变试剂盒Q5 Site-Directed Mutagenesis Kit的详细技术资料请填写联系方式

如图显示，最左一栏是野生型植物，只生产一个大孢子母细胞（megaspore mother cells，MMCs），中间一栏是krp4 krp6 krp7三突变植物，最右一栏是rbr1-2突变体。研究人员控制突变型植物的MMC进行有丝分裂而不是减数分裂，使rbr1型突变株和krp三突变株不止生成了一个MMC。研究人员在MMC中表达了KNU-YFP使其数量变化更加明显（第二排黄色荧光）。多个MMCs就导致了多配子体（第三排的电镜图像和最后一排的蓝色模式图）

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原文标题：RETINOBLASTOMA RELATED1 mediates germline entry in Arabidopsis