北京林业大学张金凤/赵健团队揭示落叶松基因型间体胚发生能力差异机制

体细胞胚胎发生（Somatic embryogenesis, SE）是解析植物胚胎发育分子机制的重要模型，更是实现优良种质高效繁育的核心技术，在林木规模化育苗、遗传改良及珍稀品种保护中具有不可替代的应用价值。华北落叶松（Larix principis-rupprechtii）作为我国北方特有的优质针叶树种，不仅是塞罕坝百万亩人工林的核心建群种，在三北防护林工程中发挥着防风固沙、水土保持的生态屏障作用；其木材材质坚韧、纹理通直，也是建筑、家具及纸浆工业的重要原料，兼具显著的生态与经济价值。然而，针叶树体胚发生技术长期受限于不同基因型胚性细胞系间的能力差异，部分优良基因型难以诱导胚性细胞，或体胚产量、质量低下，严重制约了该技术在良种繁育中的规模化应用。突破基因型限制，需从分子层面揭示差异形成的机制，为技术优化提供理论支撑。

近日，北京林业大学张金凤教授和赵健副教授团队在国际植物学知名期刊Plant Physiology在线发表了题为The Transcription Factor LpWRKY65 Enhances Embryogenic Capacity through ROS Scavenging during Somatic Embryogenesis of Larch的研究论文。该成果首次阐明 WRKY 转录因子通过调控活性氧稳态影响针叶树体胚发生的分子机制，为破解针叶树体胚发生的基因型限制难题提供了新的理论依据和分子靶点。

该研究以两个体胚发生能力显著差异的落叶松胚性细胞系为材料，通过构建体胚发生各阶段的转录组图谱，结合聚类分析与共表达网络筛选，鉴定到核心调控基因LpWRKY65。该基因在体胚发生早期高表达，且在高胚性能力细胞系（HEL）中的表达量显著高于低胚性能力细胞系（LEL）。功能验证显示，过表达LpWRKY65不仅能显著提高体胚的产量和同步化程度，还可逆转长期继代培养导致的胚性衰退现象，直接证明其对体胚发生能力的促进作用。为解析LpWRKY65的作用途径，团队联合 DAP-seq与 RNA-seq 分析，发现其下游靶基因显著富集于活性氧（ROS）清除通路。其中，已被证实参与 ROS 清除的关键基因LpHmgB10表现出强烈响应。进一步通过酵母单杂交（Y1H）和双荧光素酶报告系统（DLR）验证，明确LpWRKY65可直接结合LpHmgB10启动子的 W-box 元件，显著激活其转录。ROS 含量测定、氧化还原酶活性分析及 DCF 荧光染色实验均显示：过表达LpWRKY65或LpHmgB10能有效增强细胞的 ROS 清除能力，维持氧化还原稳态，从而促进胚性分化和体胚正常发育。

综上，该研究首次在针叶树中建立了“WRKY-ROS”调控轴模型，揭示了LpWRKY65作为核心转录因子，通过精准调控 ROS 动态平衡提升体胚发生能力的分子机制。这一发现不仅为理解针叶树体胚发生的基因型差异提供了新视角，更为分子精准调控体胚发生技术、推动优良落叶松品种的规模化繁育奠定了基础，对林业生产与生态建设具有重要实践意义。

LpWRKY65介导活性氧清除调控落叶松体细胞胚胎发生

北京林业大学生物科学与技术学院赵健副教授为论文的通讯作者，已毕业博士生陈晓艺为论文第一作者。北京林业大学在读硕士生张璐瑶、已毕业硕士生刘成碧，在读硕士生王睿和河北省林业和草原科学研究院代剑峰参与了研究工作。北京林业大学张金凤教授和加拿大维多利亚大学孔立生研究员对该研究给予了重要支持和指导。本研究得到了中央高校基本科研业务费（QNTD202502）、国家自然科学基金（32371834）和国家重点研发计划（2023YFD2200100）等项目支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf286