综述:植物再生过程中的细胞表观遗传蓝图

【字体: 时间:2025年09月05日 来源:Current Opinion in Plant Biology 7.5

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  这篇综述系统阐述了植物再生过程中表观遗传调控(如DNA甲基化、组蛋白修饰、小RNA等)在细胞多能性建立和命运决定中的核心作用,特别强调了单细胞分辨率技术对解析细胞类型特异性表观遗传机制的重要性,为作物遗传改良提供了新视角。

  

动态且环境依赖的组蛋白修饰效应

植物体细胞在不同激素条件下可被重编程形成不同器官。高浓度生长素(auxin)促进根再生,而高细胞分裂素(cytokinin)诱导芽再生。组蛋白去乙酰化酶HDA6在叶片伤口处通过调控JAZ5-ERF109-ASA1通路激活内源生长素合成,驱动根再生;而在2,4-D富集的培养基中,HDA6抑制YUC基因表达,导致愈伤组织形成。GNAT-MYST家族组蛋白乙酰转移酶HAG1/3通过激活WOX5和PLT基因促进再生,其抑制剂MB3会阻断愈伤形成。这些发现揭示了组蛋白乙酰化/去乙酰化的时空特异性调控模式。

小RNA在干细胞微环境中的细胞类型特异性作用

根尖再生过程中,miR160从中柱干细胞(SSC)迁移至静止中心(QC),通过降解ARF10/17维持QC静息状态;当SSC受损时,miR160运输中断导致QC分裂补充干细胞。miR396则通过限制GRF活性来界定干细胞区域,其表达在再生根尖中重新建立。番茄中抑制miR396可显著增强芽再生效率。其他如miR171、miR156和miR167等也通过靶向SCL、SPL和ARF等基因调控不同物种的胚胎发生或器官再生。

通过从头DNA甲基化建立细胞全能性

LEAFY COTYLEDON2(LEC2)通过激活DRM2介导的RdDM通路,在CHH甲基化位点招募SUVH1/3-SDJ复合物,进而募集AHL蛋白增强染色质开放性,激活全能性相关基因表达。SUVH家族蛋白的分工明确:SUVH1/3作为DNA甲基化阅读器激活转录,而SUVH4/5/6通过沉积H3K9me2沉默基因,并与HDA6协同去除组蛋白乙酰化标记。

单细胞及细胞谱系特异性表观遗传分析

植物再生过程中产生的表观遗传变异具有细胞谱系特异性。通过荧光标记和流式分选技术,可分离特定谱系细胞进行表观基因组分析。动物研究中已开发的TACIT、ChAIR等技术有望应用于植物,以解析染色质三维结构、组蛋白修饰与转录组的动态关联。

未来展望

RNA修饰(如m6A)在再生中的作用亟待探索。从组织水平转向单细胞分辨率的时间序列分析将揭示表观遗传重编程如何驱动转录组变化。例如,原生质体再生系统显示,染色质开放性的全基因组增加会引发转录组"混沌",进而推动创始细胞演化。明确这些表观遗传"先驱事件"与细胞命运决定的因果关系,将革新对植物再生机制的理解。

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