The Plant Cell | 生长素生物合成的转录激活驱动已分化细胞的发育重编程

细胞增殖和分化的紧密协调是优化植物器官发育的核心。通常在正常发育过程中，分生组织细胞继续分裂增殖直到开始分化，一旦分后体细胞通常保持有丝分裂不活跃的状态。而通过重编程，可以使已分化的植物体细胞恢复到活跃分裂的状态，从而转换其命运并再生新的组织或器官。因此，揭示分化的细胞如何重新启动细胞分裂对于理解体细胞如何重新启动重编程至关重要。

植物细胞分化状态具有显著的可塑性，可使分化后的体细胞再生整株植物。然而，它们如何逆转细胞命运和表达多能性仍不清楚。

2022年8月4日，东京大学生命科学系Keiko Sugimoto团队在《The Plant Cell 》杂志上发表了名为“Transcriptional activation of auxin biosynthesis drives developmental reprogramming of differentiated cells”的研究论文。在本研究中，作者证明了生长素生物合成的转录激活对分化的拟南芥(Arabidopsis thaliana)叶片细胞重编程至关重要。

为了阐明发育性重编程的分子机制，作者首先关注原生质体在重编程过程中所经历的表观遗传修饰。之前的研究表明，组蛋白乙酰化水平的提升导致了原生质体的转录变化，从而驱动了发育重编程。作者采用MB-3来抑制组蛋白乙酰化关键基因的表达，发现会严重抑制野生型原生质体的细胞分裂能力和愈伤组织的形成。同时通过对这些关键基因的单点突变，作者发现HISTONE ACETYLTRANSFERASE OF THE GNAT/MYST SUPERFAMILY 1 (HAG1), HAG3 and HISTONE ACETYLATION OF THE TAFⅡ250 FAMILY 1 (HAF1)对愈伤组织的形成影响最大。

作者在分析差异基因时发现，对照组与添加MB-3的实验组相比，有535个基因显著上调，其中发现了与生长素合成相关的基因例如YUC1、CYPs。为了测试细胞周期的再启动是否需要IAA的生物合成，作者用生长素合成抑制剂（yucasin 、Kyn）处理，发现原生质体的愈伤组织形成受到了明显的抑制。同时作者在生长素合成受损的突变体中也观察到了愈伤组织的形成效率降低。

RNA-seq数据显示，IAA生物合成基因在初次细胞分裂前就开始上调，同时作者发现在所有细胞都未进行第一次分裂时加入抑制剂yucasin，可以加强对愈伤组织形成的抑制能力，因此证明IAA的生物合成早于初次细胞分裂。

接下来，作者研究了组蛋白乙酰化如何调节YUC介导的IAA生物合成。通过对上游转录因子的寻找，作者关注到了YUC4上游的调控因子PLT3、 PLT5 和PLT7，它们的位点在组织培养的过程中被乙酰化，同时其表达量也显著提升。作者在plt突变体中也观察到了愈伤组织形成效率低的现象，同时利用外源转入由PLT5的启动子驱动的YUC基因，可以使愈伤组织的形成效率有所回升。作者认为PLT通过组蛋白乙酰化而被转录上调，并通过增加YUC的表达来促进原生质体的分裂。

最后，作者探究生长素含量的升高如何引起细胞的分裂，作者认为可能是通过ARF介导的信号通路来诱导下游基因的表达。RNA-seq数据显示，许多生长素信号调节因子在原生质体的初始细胞分裂前急剧上调，作者推测它们还参与了分化叶细胞周期的再启动。同时作者发现，编码生长素信号激活因子的ARF7和ARF19的表达在抑制剂后表达量降低，而编码种抑制因子的IAA14的表达增加。作者同时发现 IAA3 和 IAA18的功能获得突变体对愈伤组织的形成有抑制作用。

原文链接：

https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koac218/6653308?searchresult=1

转自：植物生物技术Pbj

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