Current Biology | 地钱产量的重要开关：KAI2配体信号路径！

地钱的营养繁殖方式是通过在芽杯中生长多个胚芽，每个胚芽都具有发育成一个完整个体的潜力。然而，目前地钱芽杯的形成以及底部中心区域胚芽的激活机制仍不清楚。近日，日本东北大学Junko Kyozuka团队在Current Biology杂志上发表了题为“Control of vegetative reproduction in Marchantia polymorpha by the KAI2-ligand signaling pathway”的文章，研究发现在地钱芽杯中形成的胚芽数量是一种可控的遗传特征。芽杯的形成和胚芽激活由MpKAI2依赖信号控制。KAI2通过控制抑制蛋白MpSMXL的积累从而反向调节胚芽激活，最终达到控制胚芽数量的作用。当Mpsmxl突变后，会导致芽杯中胚芽大量生成，并且能够持续发育。MpKAI2在芽杯中初始化的胚芽位置，成熟胚芽的缺口区域以及中脉区域表现出高活性。在此工作中，作者发现芽杯相关的MYB1在此信号通路的下游同样能促进芽杯和胚芽形成。作者还发现钾独立与KAI2依赖信号通路同样能影响芽杯的形成。最后作者认为KAI2独立信号通路能够优化地钱繁殖模式以适应环境的变化。

从体细胞中产生一个新的个体常杯称为营养繁殖或无性繁殖。营养繁殖方式在植物界中广泛存在，其发生方式多种多样：如不定芽、鳞茎、块茎和根茎等。同时营养繁殖也同样广泛存在于苔藓植物中，而苔藓植物的繁殖体的形态具有巨大差异。长期以来，人们注意到这种营养生殖方式在有性生殖期间会受到抑制，因此，营养生殖不仅受环境影响较大同时也具有一定的周期性。地钱的营养繁殖方式是通过在芽杯中生长多个胚芽，每个胚芽都具有发育成一个完整个体的潜力，之前的研究集中研究制如何控制营养，光照，湿度等环境来调控地钱的营养繁殖水平，但是芽杯和胚芽形成的机理尚不清楚。最近有研究发现MYB1对于芽杯的形成至关重要，而胚芽又是由芽杯底部细胞所发育而来，目前什么因素决定了细胞的分化尚且不清楚。植物激素同样能影响营养繁殖，细胞可以通过过量表达细胞氧化酶基因MpCKX2来降低细胞分裂素的水平，目前尚且不清楚细胞分裂素是否直接影响芽杯的形成，但是据观察发现在CKX过表达系中芽杯完全消失，以上研究说明细胞分裂素可能能抑制芽杯的形成。虽然详细的机制有待阐明，但是遗传分析和传统的药理实验证明生长素通过AUX/IAA-ARF依赖的信号通路在芽杯的形成中起负调节作用。

KAI2是一类激素，可以作为独角金脂的受体，能够诱导种子萌发。KAI2能够与未知的内源性配体结合，苔藓植物中包含两个KAI2的同源基因MpMAX2和MpSMXL。之前的研究发现MpMAX和MpSMXL在同一信号通路中发挥作用。KAI2依赖的信号通路是参与了芽杯和胚芽的形成。在此工作中作者发现配杯中的胚芽数目是一种可控性状。MpKAI2依赖信号通路可能控制胚杯和胚芽的形成。当胚杯中有适当数量的胚芽后该信号会被关闭。胚芽的数量受到KAI2依赖信号开/关的影响。该研究证明了KAI2依赖信号能够推动胚杯的形成，KAI2依赖信号正向调控胚芽的激活。KAI2依赖信号在胚杯、胚芽和叶脉中强度很高。当胚芽激活到一定数量后会自动终止。GCAM1是位于KAI2独立信号的下游能激活胚杯的形成和胚芽的激活。KAI2依赖的信号通路并不参与水稻和拟南芥腋生分生组织形成。总而言之，在此研究中作者深入研究了KIA2依赖信号作为调节地钱无性繁殖的重要作用，此过程可以让地钱根据环境来进行生产繁殖，优化繁殖策略，该研究的下一步计划是探究地钱如何根据环境的变化来改变KIA2的信号从而优化繁殖策略。

原文链接：

https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(23)00162-8

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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