细胞色素P450酶MpCYP78E1调控地钱(Marchantia polymorpha)分生组织活性的分子机制

本研究揭示了地钱中细胞色素P450酶MpCYP78E1作为分生组织活性的新型抑制因子，通过转录组分析和遗传学实验证明其能抑制分生组织起始与活性，并响应环境调控植物构型。该发现为理解陆生植物分枝进化的保守机制提供了关键线索。

　　

在植物形态建成的奥秘中，分生组织的起始与活性调控始终是核心命题。地钱(Marchantia polymorpha)作为最原始的陆生植物之一，其独特的二歧分枝模式为研究植物分枝进化提供了理想模型。然而，这种古老分枝方式的核心调控因子仍存在大量未知，特别是在环境信号与分生组织活性动态平衡的分子机制方面存在显著空白。

Gregor Mendel Institute（奥地利科学院孟德尔研究所）的Victoria Spencer团队在《Current Biology》发表的研究，通过创新性地结合地钱分生组织的空间模式分析、转录组学和遗传操作，鉴定出细胞色素P450超家族新成员MpCYP78E1是该过程的关键调控因子。研究人员发现，在模拟遮荫条件下，地钱分生组织的休眠位置呈现左右交替的规律性分布，利用这一特征成功分离活性与非活性分生组织进行转录组比对。通过构建CRISPR敲除突变体、过表达株系及荧光报告系统，证实MpCYP78E1能抑制分生组织起始（包括从非分生组织产生新分生中心）和活性维持，且该功能在光照与遮荫条件下均保守存在。

关键技术方法包括：1）基于空间定位的活性/非活性分生组织配对RNA-seq分析；2）多时间点样本的激光共聚焦显微观察；3）CRISPR-Cas9介导的基因编辑与互补实验；4）启动子报告系统（proMpCYP78E1:VENUS-NLS）和翻译融合蛋白（proMpCYP78E1:gMpCYP78E1-VENUS）的活体成像。

【分生组织活性与位置的交替模式】
通过量化8周龄野生型植株的分生组织分布，发现遮荫条件下休眠分生组织的位置呈现左右交替的规律性（图1）。当生殖结构（配子托）形成时，原本应休眠的分生组织会被重新激活，暗示发育阶段转换与环境信号的协同调控。

【MpCYP78E1的鉴定与表达特征】
转录组分析鉴定出5个在活性分生组织持续高表达的基因，其中MpCYP78E1（Mp1g14150）属于细胞色素P450家族78E亚类（图2D）。系统发育分析显示该亚类仅存在于苔藓和石松类植物中，种子植物中缺失。报告基因显示其表达在活性分生组织和配子托中富集，而在休眠分生组织中逐渐受限（图3）。

【遗传学验证其抑制功能】
敲除突变体（Mpcyp78e1LOF）在遮荫条件下休眠分生组织比例从野生型的25-34%降至2-10%，且成熟植株中央异常产生超数分生组织（图4）；过表达株系（MpCYP78E1GOF）则几乎完全抑制分生组织活性（图5）。互补实验证实表型可被野生型基因回补。

【保守的调控机制】
在白光条件下，MpCYP78E1同样表现出抑制活性（图5），其蛋白定位于分生组织干细胞巢周围的内质网样结构（图6），且不表现细胞间移动，提示可能通过小分子信号发挥作用。

这项研究首次揭示了CYP78E亚类在分生组织调控中的关键作用，提出了"活性分生组织自主产生抑制信号"的新模型。从进化角度看，MpCYP78E1可能代表陆生植物早期分枝调控的保守机制，其种子植物中的缺失或许与分枝模式从二歧式向腋生式的转变相关。该发现为理解植物构型可塑性的分子基础提供了新视角，并为作物株型改良提供了潜在靶点。研究还启发了关于P450酶在非代谢途径中功能多样性的思考——不同于已知的激素合成或解毒功能，MpCYP78E1可能参与产生尚未鉴定的分生组织抑制信号分子。