PNAS | 浙江湘湖实验室联合约翰英纳斯中心发现子代获得亲本环境适应性的新机制

亲本-子代冲突（Parent-Offspring Conflict）学说由著名演化生物学家 Robert Trivers于1974年提出。该学说认为，任何一个个体（无论是亲代还是子代）都会努力最大化自身的广义适合度，亲本希望用最少的投资最大化自己的繁殖成功率，而每一个子代个体则希望获得比其他子代个体更多的亲本投资。团队前期研究发现，母本对于子代的控制，可通过VEL3蛋白在配子和胚乳中建立独特的表观遗传修饰来实现，而关于母本植物如何将环境信号传递给子代，以建立子代环境适应性的分子机制并不清晰。

近日，浙江湘湖实验室大豆功能基因解析与种质定向创制团队联和英国约翰英纳斯中心在PNAS发表了题为Adaptation of seed dormancy to maternal climate occurs via inter-generational transport of abscisic acid的研究论文。该研究发现母本植物可通过调控硝酸盐信号和激素ABA的转运，实现子代对亲本生长环境的适应。

团队长期以种子休眠为研究系统开展植物感应温度的分子机制，母本植物生长过程中的低温经历会诱导种子在成熟后产生休眠，先前的研究表明该休眠现象的产生多由胚乳组织感应和调控。本研究首先发现PRC2的识别蛋白LHP1仅在母本中控制种子休眠，而父本LHP1不起作用。遗传学、转录组和ChIP-seq等证据表明LHP1通过控制母本中硝酸盐和ABA的累积来调控种子休眠。

图1. 母本LHP1通过调控硝酸盐信号和ABA的积累调控种子休眠

为了进一步明确母本植物和种子感应温度的组织和细胞类型，该研究构建了果荚和种子的单细胞转录组图谱。结果表明母本植物的果实是植物感应温度的重要组织，母本植物通过激素ABA的传递实现子代对环境的感知。ABA外源生理实验和同位素实验也证明了母本ABA对于低温诱导种子休眠的产生是必不可少的。ABA biosenseor结果进一步表明温度对母本ABA的调控发生在果实的维管细胞中。该研究为适应气候变化的分子育种提供了重要的分子基础。

图2. 单细胞转录组和ABA生物传感器揭示植物感知温度调控的细胞类型和部位

湘湖实验室大豆功能基因解析与种质定向创制团队陈晓超研究员和约翰英纳斯中心William Bezodis博士为论文第一作者，约翰英纳斯中心Steven Penfield教授为通讯作者。

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2519319122