气孔发育基因在无气孔地钱（Marchantia polymorpha）中参与调控蒴柄发育

近日，日本京都大学Tomoo Shimada团队在Nature Plants杂志上发表了一篇题为“Stomatal regulators are co-opted for seta development in the astomatous liverwort Marchantia polymorpha”的文章。该研究发现Ia bHLH TF MpSETA和IIIb bHLH TF MpICE2调控无气孔地钱（M. polymorpha）蒴柄的形成，并揭示了，Ia-IIIb bHLH TF模块如何在陆地植物进化过程中参与调控不同类型细胞的细胞命运决定和细胞分裂。

陆生生物为了适应陆地环境，进化出了一些独特的细胞类型和组织，如气孔。气孔可以促进孢子囊脱水和开裂，在苔藓植物种孢子扩散中发挥重要作用。在拟南芥和小立碗藓中，气孔的形成都受Ia和IIIb bHLH TF的调控。研究发现，在地钱M. polymorpha的bHLH Ia亚组仅有一个基因MpSETA，但其功能目前仍不明确。

野生型地钱的孢子体分为足部、蒴柄和孢子囊三部分。本研究发现MpSETA在二倍体孢子体中表达，且在孢子体发育VI-VIII阶段的蒴柄处特异表达，这表明MpSETA在蒴柄发育早期表达，参与调节细胞分裂和分化。为了鉴定MpSETA的功能，构建Mpseta敲除系（Mpsetako），发现Mpsetako突变体不影响精子的形成。将Mpsetako的雌性与雄性杂交得到孢子体，发现Mpsetako突变体在二倍体世代中表现为蒴柄发育缺陷，但孢子和其他孢子体组织均正常。

在进化上，bHLH Ia和IIIb亚组成员之间的相互作用是保守的。在地钱M. polymorpha的基因组中鉴定到两个IIIb bHLH基因MpICE1和MpICE2，其中MpICE2的表达高峰与蒴柄母细胞分裂、分化时期重合，并且Y2H和BiFC验证MpSETA与MpICE2可以产生互作。Mpice的CRISPR敲除突变体与Mpsetako突变体在蒴柄处表现出相似的表型，表明MpSETA-MpICE2异源二聚体对于调控无气孔地钱M. polymorpha孢子体蒴柄的形成十分关键。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-022-01325-5

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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