H3K27me3甲基化通过抑制BBM表达调控拟南芥孤雌生殖

《Molecular Plant》：Engineering BBM cis-regulatory elements releases epigenetic repression to enable highly efficient parthenogenesis and haploid induction

摘要

在被子植物中，未受精卵细胞极少发育为胚胎，这表明卵细胞内部已建立了一种抑制机制以防止孤雌生殖的发生。然而，这一抑制机制在很大程度上仍不为人知。在此，我们报道了拟南芥中的孤雌生殖受到H3K27me3甲基化对胚胎发生触发因子BBM的抑制作用。我们发现，在拟南芥卵细胞中，AtBBM的启动子或编码区均受到转录抑制。卵细胞中BBM表达的抑制作用可通过以下两种方式解除：一是突变H3K27me3写入酶CLF和SWN，二是过表达H3K27me3擦除酶JMJ12。突变BBM编码区中四个推测的多梳反应元件（pPREs）（BBM-m1234）降低了BBM上的H3K27me3甲基化水平并提高了其表达量。在卵细胞中异位表达BBM-m1234可促使88.7%的卵细胞无需受精即可分裂，受精后产生了平均9.0%的单倍体植物和60.4%的双单倍体植物。我们进一步表明，有性生殖物种中BBM的pPREs数量远高于孤雌生殖物种。本研究阐明了抑制孤雌生殖的精细机制，并提出了一种高效孤雌生殖和单倍体诱导的可行策略。