Science Advances | 单细胞测序揭示WOX13通过控制愈伤组织的细胞命运来抑制SAM从头重建

植物具有突出的再生能力，可以通过体细胞培养重建植株个体，其中的关键步骤就是茎尖分生组织（SAM：shoot apical meristem）的重头从建。目前研究人员已经对拟南芥器官再生过程中SAM启动的基因调控机制进行了广泛分子遗传学研究：在广泛使用的两步组织培养体系中，外植体首先在富含生长素的愈伤诱导培养基（CIM）上培养产生愈伤组织，然后转移到富含细胞分裂素的茎尖诱导培养基（SIM），直接上调WUS，诱导SAM 的重头从建。WUS是SAM命运获得的早期标志基因，只在一小部分愈伤组织细胞中被激活，且只有一小部分表达WUS的细胞簇最终成为SAM。同时植物也有限制愈伤组织再生的负调控，一些表观遗传调控维持靶基因位点的抑制状态，从而阻碍细胞命运从愈伤组织向SAM转变。近日，日本奈良科学技术大学科学技术研究生院生物科学部MOMOKO IKEUCHI在国际知名期刊Science Advances上在线发表了题为“WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 13 suppresses de novo shoot regeneration via cell fate control of pluripotent callus”的研究论文，基于Quartz-Seq2单细胞转录组揭示了WOX13在愈伤组织细胞群体的细胞身份决定中起关键作用。

首先作者观察了WOX13在控制茎分生组织中的潜在作用，发现在SIM培养基中培养11天后，wox13突变体产生更多的分生组织，而将其基因组片段回补到突变体中，产生了更少的分生组织。进一步对其时空表达模式进行分析发现: WOX13在完整的黄化下胚轴中不表达，在CIM培养基中培养1天后开始表达，但转移至SIM培养基中培养10天后，WOX13在已经形成的SAM 中不表达。这些证据证明WOX13是茎再生的负调节因子，其表达在培养后诱导，并在SAM中局部减少。

为了进一步探究WOX13负调控SAM形成的分子机制，作者选取在SIM培养基上培养7天正在形成SAM的材料经过细胞分选后进行单细胞转录组测序，发现了19个细胞类群，并进行了标志基因的标记，发现基因表达谱分为愈伤组织的内层和外层，外层的细胞进一步分为SAM和非分生组织细胞。

进一步分析发现：WT和wox13突变体之间的差异表达至少部分归因于愈伤组织细胞组成的差异，WOX13促进了愈伤组织中非分生细胞的表达，作者推测WOX13和WUS可能是愈伤组织细胞群体中二元细胞命运的决定因素。然后作者发现WOX13和WUS间存在相互排斥的空间表达模式，提出了WOX13和WUS相互抑制的假设并加以验证。

总之，作者发现WOX13与WUS构成了一个相互抑制的调控回路，在空间上分离了愈伤组织细胞群体中的微区域，这对再生效率有重要影响。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg6983#

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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