一个基因突变，植物无法形成生殖系细胞，但并不影响营养生长和生殖结构的分化

作者：iPlants 2024/8/22 14:26:13

有性生殖是生物适应复杂多变环境的重要方式，也是物种延续与生物多样性形成的关键。生殖细胞（雌、雄配子）的产生是生物完成有性生殖的前提。长期以来，植物生殖细胞相关研究主要集中于孢子体世代（二倍体世代，2n）占优势的种子植物类群，但在以配子体为主世代（单倍体世代，n）的苔藓植物中，生殖细胞发生和发育机制研究不足，极大地限制了人们对陆地植物生殖细胞演化机制和规律的理解。中国科学院植物研究所徐波研究组科研人

中国科学院植物研究所徐波研究组科研人员及合作者发现了调控地钱生殖系细胞命运决定的关键因子GERMLINE IDENTITY DETERMINANT (MpGLID)。该基因功能缺失导致精子器和颈卵器（雌性生殖器官）中无法形成生殖系细胞，但并不影响营养生长和生殖结构的分化。MpGLID基因的异位表达，在叶状体（营养器官）中诱导产生具有生殖系细胞特征的细胞团。

生殖系细胞命运决定调控模块BNB-GLID在陆地植物中的演化模式

此外，研究人员发现，调控地钱生殖器官发育起始的关键因子BONOBO（MpBNB）通过直接结合MpGLID启动子区正向调控其表达，介导了地钱生殖系细胞身份决定。通过对BNB-GLID遗传模块演化分析，研究人员提出该模块调控生殖系细胞身份建立在陆地植物最近共同祖先中已经出现，并在苔藓植物中得到了保留；在陆地植物后续的演化过程中，随着单倍体世代被逐渐压缩，该模块也发生了精简，GLID在配子体世代中的功能完全丢失，并在孢子体世代（2n）中发生功能分化被招募调控绒毡层发育（以拟南芥MS1为代表），而BNB在配子体世代（n）中的功能则被保留下来。

与目前的普遍认知不同，该研究表明了调控生殖系细胞命运决定的遗传机制在陆地植物中并不保守，并提出了雌雄配子演化的新观点，不仅为理解陆地植物生殖细胞演化和花粉起源提供了新的见解，而且也为基因新功能化是植物孢子体世代复杂化的重要方式提供了例证。

该成果于近日在线发表于国际学术期刊The Plant Cell上。植物所已毕业博士研究生任小龙、助理研究员张晓霞和博士研究生戚肖桐为论文共同第一作者，徐波研究员和孔宏智研究员为论文共同通讯作者。植物所王柏臣研究员，英国莱斯特大学David Twell教授，博士研究生张田、王慧杰、符渊及硕士研究生贡禹参与了部分工作。该研究得到了国家自然科学基金创新群体和面上项目以及王宽诚教育基金会的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/plcell/koae206

植物登陆与早期演化研究组

组长：徐波研究员

邮箱：boxu@ibcas.ac.cn

主要研究方向：以苔藓植物地钱（Marchantia polymorpha）及小立碗藓（Physcomitrium patens）为研究材料，围绕陆地植物起源的科学问题，重点关注植物登陆与早期演化过程中关键性状起源及适应性演化的遗传基础。