生命科學學院秦跟基課題組發現控制植物胚珠發育的重要機制

2020-12-25 北京大學新聞網

植物的種子是人類和動物的重要食物來源，而種子是從受精後的胚珠發育而來的。植物的胚珠由多種細胞和組織組成，其中包括最為重要的種系細胞（germline cell）。研究植物胚珠發育過程的分子調控機理以及其中種系細胞的命運決定機制一直是植物生物學領域的研究熱點。1999年，科學家們通過遺傳學方法找到了一個關鍵的調控因子SPOROCYTELESS/NOZZLE（SPL/NZZ），該基因突變後植物就不能形成種系細胞，也完全不能形成種子。但是，15年來，這個關鍵調控因子SPL/NZZ到底是什麼以及它是如何工作的，一直是一個謎！

北京大學生命科學學院秦跟基課題組最近發現，SPL/NZZ是一個轉錄抑制因子。首先他們通過分析發現，SPL/NZZ的蛋白C-末端帶有一個典型的轉錄抑制基序EAR基序，具有轉錄抑制活性。隨後他們發現，SPL/NZZ通過其C-末端的這個EAR基序與另外一個植物中已知的轉錄共抑制因子TPL/TPRs相互作用，而SPL的N端可以與植物中重要的轉錄因子TCPs相互作用。遺傳學實驗和分子生物學數據均證明，TPL/TPRs的突變體tpl-1與spl-2突變體類似，也不能形成種系細胞；而TCPs的突變也嚴重影響胚珠的發育。最後得出SPL/NZZ的工作機制，即SPL就像是一個分子橋梁，一端拉上共抑制因子TPL/TPRs，另一端連接TCPs轉錄因子，通過抑制TCPs轉錄因子的活性來調控胚珠的發育和種系細胞的命運決定。這是植物生殖生物學領域的一個重要進展。

這項研究成果是秦跟基課題組繼2013年發現轉錄抑制因子TIE1招募共抑制因子調控營養器官葉片生長的平整性（Tao et al. 2013, Plant Cell）之後，在轉錄抑制因子調控植物發育方面的又一重要突破。有意思的是，這種通過分子橋梁將共抑制因子招募到特定轉錄因子上以調控轉錄因子活性的機制不僅在植物發育過程中有，在動物以及真菌發育過程中也非常重要。例如真菌也是通過分子橋梁蛋白Ssn6招募Tup1共抑制因子，把它連接到特定的轉錄因子上，來實現對孢子產生過程的控制。這也表明真菌很可能使用了這種進化上保守的機制來調控孢子發生的過程。

該工作近期以「The molecular mechanism of SPOROCYTELESS/NOZZLE in controlling Arabidopsis ovule development」為題在線發表在Cell Research雜誌上。 北京大學生命科學學院博士生韋寶耶為第一作者。該項研究得到科技部國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）、國家自然科學基金以及農業部「轉基因專項」資金的支持。

編輯：安寧

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