贵州师范大学校史首篇Cell

半个多世纪以来，通过胁迫处理的小孢子培养进行单倍体诱导（HI）引起了人们的广泛关注，但对雄核发生小孢子命运转变的分子机制仍然知之甚少。

2025年9月3日，孙蒙祥教授领导的武汉大学赴贵州师范大学帮扶团专家团队与湖北大学有关团队合作在国际顶级学术期刊Cell在线发表题为“Reprogramming of microspore fate viaBBM-BAR1for highly efficient in vivo haploid induction”的研究论文，该研究证明BABY BOOM（BBM）的小孢子特异性表达足以诱导烟草和冰中的小孢子细胞命运转变和体内雄激素生成，有效地绕过了胁迫处理的要求。

进一步确定BBM激活的雄激素调节因子1（BAR1）是BBM的一种新型下游效应器，可以促进小孢子重编程。值得注意的是，BBM和BAR1都可以取代应激处理在重新编程小孢子发育和触发雄激素生成中的作用。这项研究揭示了一个保守的雄激素生成调控模块，为克服长期存在的局限性提供了一种变革性的方法，并在不同作物中实现高效的体内HI。

植物胚胎发生通常是由受精开始的，但无性胚胎发生虽然在自然界中很少见，但在作物育种中对单倍体诱导（HI）和性状固定有很大的希望。基于无性胚胎发生的双单倍体（DH）生产能够快速固定基因型，加速性状选择。因此，半个多世纪以来，发展HI技术一直是一个热门领域。

在主要的HI策略中，20世纪60年代开创的体外雄激素发生依赖于胁迫处理来重新编程小孢子以实现胚胎发生。尽管小孢子可用性丰富，但其实际用途仍然受到强烈的基因型特异性和有限效率的限制，特别是在顽固的作物物种中。尽管如此，烟草和油菜籽等物种已被广泛用作研究小孢子命运转变和水力发生的分子机制的模型系统。几十年来，科学家一直对高度分化的小孢子如何恢复全能性、胚胎命运如何迅速重建以及哪些分子途径控制这种重新编程感到好奇。这些问题涉及植物发育生物学和作物改良。

机理模式图（图源自Cell）

尽管存在长期挑战，但新出现的证据阐明了启动胚胎发生的关键监管机构。值得注意的是，据报道，无孢体特异性基因组区域BABY BOOM LIKE 1（ASGRBBML1）是卵细胞从配子状态转化为体细胞状态的关键因素。PsASGR-BBMML首先在白腹狼尾草中被发现，它编码一种AP2型转录因子（TF），控制减数分裂和孤雌生殖。PsASGR-B BML1在有性珍珠粟中的异位表达会触发孤雌生殖胚胎的形成，当受到卵细胞特异性启动子的驱动时，它会在玉米和水稻中产生单倍体胚胎发生。这些发现表明，ASGR-BABYBOOM（BBMs）可以将静止的卵细胞重新编程为全能状态。系统发育分析将BBM家族分为一个真双子叶和三个单子叶支系，包括ASGR型。值得注意的是，在甘蓝型油菜、小麦和普通大麦的小孢子胚胎发生过程中也观察到了BBM的表达，这表明BBM是配子体和孢子体细胞命运重编程的共同调节因子。这些观察结果表明，BBM可能在孤雌生殖和雄激素生成中起着保守的作用。

在这里，研究人员证明了烟草和水稻小孢子中异位BBM的表达有效地启动了花药内的体内雄性生殖，在这两个物种中建立了一种新的体内HI策略。我们确定BBM激活的雄激素生成调节因子1（BAR1）是烟草NtBBM1的直接下游靶标，其异位表达足以触发花药内的体内雄激素生成。BBM-BAR1模块有效地替代了应激处理，将小孢子重新编程为雄激素生成。这些发现为了解小孢子全能性的分子机制提供了重要的见解，并为HI建立了变革性策略，为加速作物改良带来了巨大的希望。

武汉大学赴贵州师范大学帮扶团孙蒙祥教授和湖北大学生命科学学院罗盼副教授为该论文共同通讯作者，贵州师范大学特聘研究员，武汉大学博士后史册博士为第一作者。武汉大学博士研究生赵子赋、钟意诚，湖北大学汤行春教授、黄岚杰老师，硕士研究生乔滢、张来、杨凡、李思源、李露露参与了研究。华南农业大学刘耀光院士、北京大学秦跟基教授、贵州省毕节市农科院吴宪志、吴美玲、宋志豪，山东农业大学熊峰教授，以及湖北大学吕世友教授在研究过程中提供了重要支持。研究工作得到了贵州省学科建设专项经费、国家自然科学基金和“博新计划”等资助。

参考信息：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00928-6