近日，《Plant Cell》（植物细胞）杂志在线发表福建农林大学海峡联合研究院基因组中心蔡汉阳团队题为“The KLU-PRE module provides positional cues that maintain somatic cell identity around the megasporocyte cell in Arabidopsis（KLU-PRE模块通过位置信号调控大孢子母细胞特化）”的研究论文。本研究揭示KLU-PREs模块通过协同染色质重塑复合物SWR1介导的表观遗传途径调控大孢子母细胞特化的分子机制。本研究阐明了小分子信号移动与表观遗传信号在大孢子母细胞特化过程中的作用，为大孢子母细胞特化的机制研究提供了新线索。
生殖系细胞的形成和分化是有性生殖的首要前提，大孢子母细胞（megaspore mother cell, MMC）是有花植物分化出的第一个雌性生殖系细胞，它起源于胚珠原基的一个远端珠心亚表皮L2层细胞，该细胞通过伸长膨大形成孢原细胞，并进一步特化形成大孢子母细胞，从而进入生殖细胞系发育进程，最终发育形成雌配子体，为植物提供受精的场所。大孢子母细胞特化过程受到复杂的位置信号网络的调控，这些信号整合了植物激素梯度、非细胞自主性小RNA以及表观遗传修饰等多重途径。然而，这些不同调控通路如何相互协调，共同建立精确的位置信号以确保仅形成一个大孢子母细胞，其背后的整合调控网络仍有待深入解析。
本研究发现PREs家族基因编码一类小分子bHLH转录因子，能够在胚珠细胞中移动。KLU通过限制PREs从远端珠心细胞向内珠被起始原基和合点端的移动，从而建立位置信号，抑制胚珠原基中产生多个大孢子母细胞。进一步发现，PREs和KLU均为BZR1的下游靶基因，BZR1与PREs启动子的结合过程依赖于SWC6和KLU，BZR1反过来招募SWR1并促进H2A.Z在PREs基因上的沉积，该过程同时伴随Pol II富集水平和组蛋白修饰的变化，从而影响PREs和KLU的表达，调控大孢子母细胞的形成。此外，KLU-PREs信号模块通过调控WRKY28的表达，抑制大孢子母细胞周围的亚表皮细胞获得雌性生殖系细胞的命运。
图 1. KLU-PREs模块调控大孢子母细胞特化的工作模型
生命科学学院和海峡联合研究院蔡汉阳教授为该论文的唯一通讯作者，蔡汉阳教授、已毕业博士生黄幼梅、生命科学学院青年教师刘丽萍和24级博士研究生苏涵为共同第一作者。秦源教授对本研究提供帮助和指导。德国雷根斯堡大学Thomas Dresselhaus教授、博士研究生席鑫鹏和刘艳芬参与该项工作。福建农林大学生命科学学院和海峡联合研究院为第一单位和通讯作者单位。该研究成果得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、福建省“雏鹰计划”青年拔尖人才项目以及福建省杰出青年基金等科研项目的资助。
论文链接：
https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koag008/8428453?searchresult=1
通讯作者：蔡汉阳，教授，博士生导师。福建省“雏鹰计划”青年拔尖人才，福建省百千万人才工程省级人选，福建省杰出青年基金获得者，福建省高层次人才(C类)。Communications Biology、Tropical Plant Biology期刊编委、Seed Biology青年编委。主要从事植物生殖发育研究领域的教学和科研工作。近年来，相关研究成果以第一作者或通讯作者身份(含共同)发表在Developmental Cell, Plant Cell (2篇), Current Biology, PNAS, New Phytologist (5篇), Current Opinion in Plant Biology等期刊。博士学位论文荣获福建省优秀博士学位论文。目前主持国家自然基金面上项目（3项）、青年项目等科研项目多项。荣获福建省自然科学奖二等奖1项（第二完成人）和福建省2024年高等教育省级教学成果奖二等奖（第五完成人），第十六届福建省自然科学优秀学术论文三等奖1项。参编《生物化学》和《生物化学》数字教材各1部。
