The Plant Cell | 华中农业大学棉花团队揭示棉花愈伤细胞重编程新机制

2022年8月16日，国际知名植物学杂志The Plant Cell在线发表了华中农业大学棉花遗传改良创新团队题为“GhTCE1-GhTCEE1 dimers regulate transcriptional reprogramming during wound-induced callus formation in cotton”的研究论文。研究揭示bHLH转录因子GhTCE1与其同源互补因子GhTCEE1协同调控棉花愈伤组织细胞的生长发育，为体细胞胚胎胚发生过程中细胞命运重塑提供了新见解。

当植物受到机械损伤后，受伤部位的可塑性发育过程对其伤口修复和环境适应具有重要意义。具体表现为受伤部位的体细胞可以脱分化形成愈伤组织，封闭伤口防止感染；也可以从头进行器官发生，如形成不定根等；还可以通过组织培养过程，诱导体细胞胚胎发生（SE）。植物是如何在分子水平上决定细胞脱分化和再分化的命运转换一直以来备受关注。

研究团队前期鉴定到一个在SE早期阶段被强烈诱导表达的转录因子GhTCE1。该研究发现，在体体细胞脱分化过程中，与野生型相比，GhTCE1干涉系（Ri1，Ri2）和突变体（ko15，ko18）愈伤细胞增殖和生长严重受阻、产生大量不定根，且愈伤细胞内过渡积累活性氧（H2O2），而超表达系（OE1，OE3）表型相反。通过对愈伤细胞的生化分析和转录组测序表明GhTCE1主要参与了甾醇合成、细胞壁修饰、细胞扩张、ROS稳态及脂质转移并鉴定到29个潜在下游靶标，而激素信号途经不受影响。研究通过酵母单杂、LUC、EMSA及ChIP-qPCR等实验证实GhTCE1结合GhLTP2/3启动子E-box（CANNTG）并激活其转录。遗传学实验证实了GhLTP2和GhLTP3与GhTCE1功能类似，活性氧清除剂能有效回复GhLTP2/GhLTP3干涉株系愈伤增殖慢、不定根发生及活性氧过渡积累的表型。研究进一步鉴定到在早期愈伤诱导中共表达的GhTCE1互作蛋白GhTCEE1通过形成异源二聚体增强GhTCE1对下游靶标GhLTP2/3的激活能力。

该研究结果发现GhTCE1-GhTCEE1互作模块作为分子开关协同调控GhLTPs和ROS稳态控制无组织愈伤细胞增殖和有组织器官发育之间的命运转换，为研究创伤诱导的愈伤组织早期细胞命运转变提供了重要见解，对揭示分化状态的植物体细胞转变为全能细胞并最终形成胚胎的命运重塑机制有着重要意义。

华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室棉花遗传改良创新团队已毕业博士邓晋武（现就职于中国农业科学院油料作物研究所）和博士后孙伟男为论文共同第一作者，团队杨细燕教授、英国杜伦大学Keith Lindesy教授和塔里木大学何良荣教授为论文共同通讯作者，团队学术带头人张献龙教授参与了该研究的设计和指导。该团队在Plant Cell (2022), Plant Biotechnology Journal (2019, 2013, 2011), Journal of Experimental Botany (2018, 2013, 2011), Molecular Cellular Proteomics (2016), BMC Plant Biology (2012), Critical review in Plant Science (2010)等杂志发表了棉花体细胞再生重编程及分子调控领域研究成果。

原文链接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koac252

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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