责编 | 王一
全球人口的不断增长导致对粮食的需求日益增长。为提高作物产量，在对作物的驯化和品种改良过程中，前人对果实大小和种子数量等重要产量性状进行了优化。尽管这些性状往往都是在收获时期被考查，但它们在分生组织发育早期就已被决定。因此，分生组织 （植物干细胞） 发育的调控机制研究具有重要的理论和实践意义，一直受到学术界的广泛关注，是生物学领域的研究热点之一。植物分生组织发育调控曾被美国自然科学基金委评为12个植物科学最前沿技术之一。我们是否能够“恰到好处”地调控植物分生组织来大幅提升作物产量？
近日，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所吴庆钰课题组在Trends in Plant Science发表了题为Fine-tuning shoot meristem size to feed the world的综述文章，系统阐述了通过精准调控分生组织大小来提高作物产量的新策略，提出了该领域内尚未解决的科学问题，并展望了该领域未来的发展方向。
该文首先总结了植物茎尖分生组织发育调控机制，着重阐述了经典信号通路CLV-WUS反馈路径调控分生组织大小的机理，并讨论了该领域最新的研究进展。例如CLV3小分子多肽的糖基化修饰如何影响其活性，WUS转录因子的移动对信号感知的作用，以及近年来发现的CIK家族受体蛋白如何参与到CLV-WUS这个信号通路。
随后，该文指出简单地对CLV-WUS路径基因进行敲除通常会导致负面效应，只有恰到好处地调控分生组织发育基因才能提高作物产量。近期飞速发展的基因编辑技术和基因组学手段为精准调控分生组织发育提供了两大利器。尤其是对基因顺式调控区 （CRE） 的精细剖析能够让我们更加精准地调控分生组织大小和产量性状。
图1. 精准调控分生组织可提高作物产量
但利用基因编辑技术改良作物所面临的最大瓶颈仍是植物转化，很多作物品系尚未能实现转基因和基因编辑技术。因此，该文阐述了利用IMGE/Hi-Edit单倍体诱导CRISPR技术实现对不可转化品系进行基因编辑的策略，并提出该技术还可被拓展成为研究作物自然变异修饰因子的利器。
针对精准调控分生组织发育所面临的瓶颈，作者深入讨论了一系列的解决方案。例如传统正向遗传学是挖掘基因的有效手段，但由于发育调控基因的功能冗余性，该手段面临一定的局限性。作者提出最新的单细胞测序技术不仅能够帮助发掘在分生组织特异表达的基因，还能够帮助区分在分生组织表达的功能冗余和非功能冗余的同源基因。此外，最近发展的蛋白临近标记技术如Turbo ID等也有助于我们挖掘分生组织中低丰度受体蛋白于下游信因子。
在作物改良驯化过程中，前人利用表型观察选择了分生组织发育基因的优异等位基因，从而提高了作物产量，但现在随着技术的飞速发展，我们未来可以精准地调控作物分生组织发育，加速作物产量提升，为世界粮食安全提供保障。该文深化了我们对植物分生组织调控的认知，对该领域内的后续研究具有重要的参考价值。
最后作者总结了该领域有待解决的科学问题：
1） 如此多的受体蛋白和小分子多肽如何互相识别并配对？
2） 位于细胞膜上的发育信号如何传递到细胞核中？
3） 在玉米和水稻中是否有其他核心转录因子代替WUS的功能？
4） 是否可以通过调控转座子得到可预测的表型变异？
5） 如何可以大规模地挖掘表型修饰位点从而优化产量性状？
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所博士研究生李淑萍，河南农业大学和中国农科院资源区划所联合培养博士生孟淑君和中国农科院作物科学研究所翁建峰研究员为该论文的共同第一作者。中国农业科学院农业资源与农业区划研究所吴庆钰研究员为该论文的通讯作者。 该研究得到国家重点研发计划，国家自然科学基金和中国农业科学院创新工程等项目资助。
吴庆钰课题组现招聘博士后研究人员1-2名：优先考虑具有生物信息学，玉米或小麦遗传学，植物发育生物学，生物化学及细胞生物学研究背景的科研人员。课题组围绕植物营养元素吸收、玉米遗传学及植物干细胞发育这三个相对独立又紧密关联的方向开展研究，最终的目标是培育养分高效、高产的作物。博士后在站期间可申请博士后公寓，参评副研究员，出站可按照北京市政策解决本人及家属户口。课题组课题基础好，科研平台优，团队氛围佳，真诚期待您的加入！课题组信息：
http://iarrp.cn/yjsjy/dsjs/bssds/216973.htm
联系方式： wuqingyu@caas.cn
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.tplants.2021.10.004
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