Plant Cell | 南京大学孙博团队揭示植物激素油菜素内酯调控胚珠发育的分子机制

责编 | 王一

作为种子植物最重要的特征，胚珠在受精成功后发育为种子。胚珠原基起始于雌蕊的胎座组织，经过细胞增殖和分化发育为包含有成熟雌配子体的胚珠。雌蕊的形态建成、每枚雌蕊能产生的胚珠数目和胚珠发育的完整性是雌蕊育性和种子产量的直接影响因素，受到精细而复杂的信号网络调控。MADS结构域蛋白AGAMOUS（AG）是调控雌蕊身份决定和器官发育的关键转录因子，也参与调控胚珠的起始与发育过程。油菜素甾醇（Brassinosteroid，BRs）是一类参与植物生长发育各阶段的多羟基化类固醇激素，具有广泛的调控作用。胚珠发育过程中，BR信号通路能够同时促进胚珠起始、珠被发育和雌配子体特化等过程。作为雌蕊和胚珠发育过程中两类重要的调控因子，AG与BR信号通路之间是否存在相互作用、如何构建转录调控网络仍有待解析。

近日，南京大学生命科学学院孙博课题组在The Plant Cell上发表了题为Brassinosteroid signaling represses ZINC FINGER PROTEIN11 to regulate ovule development in Arabidopsis的研究论文，揭示了BR信号通路和转录因子AG组织特异性调控C2H2型锌指蛋白ZFP11（ZINC FINGER PROTEIN11）表达以促进雌蕊和胚珠发育的分子机制。

该研究通过对ZFP11的突变体、过表达植株和转基因回补系的分析，结合相关分子和细胞生物学实验结果，发现花发育第7期的雌蕊胎座组织中AG激活ZFP11表达，ZFP11促进胎座伸长以产生足够数量的胚珠；在胚珠发育过程中，ZFP11的表达被限制在珠柄中以维持胚珠的正常发育。进一步分析表明，BR信号下游转录因子BZR1（BRASSINAZOLE-RESISTANT 1）除了直接激活外珠被调控关键基因INO（INNER NO OUTER）表达以外，还结合到ZFP11启动子上并沉默其在外珠被的表达；珠心区ZFP11的表达则由位于下游的3’调控元件和相应的转录因子（如BZR1）抑制。在BR减弱的突变体或者pINO:ZFP11-eGFP转基因植株中，外珠被异位表达的ZFP11下调INO表达水平，造成外珠被发育缺陷；而在3’元件缺失的转基因材料或者pWUS:ZFP11-eGFP转基因植株中，ZFP11在珠心区异位表达并沉默WUS，造成更加严重的珠被和胚囊发育缺陷。

综上所述，该研究绘制了AG和BR信号调控ZFP11的组织特异性表达以促进胎座伸长和胚珠发育的模型，也拓展了我们对ZFP蛋白和BR信号通路调控雌蕊与胚珠发育过程的理解。zfp11突变的引入对BR减弱突变体外珠被缺陷的回复则为以BR通路为基础的分子设计育种提供了新的潜在靶标，有助于在优化作物株型的同时维持作物产量。

南京大学生命科学学院博士生王鑫为论文第一作者，孙博教授为该论文的通讯作者。该研究得到了中央高校基本科研业务费专项资金的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koae273